本发明属于光纤特性测量技术领域，具体地涉及一种长距离少模光纤特性测量方法及装置。
背景技术：
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒质，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。但是，随着各种数据业务的急速增长，尤其是在下一代互联网、物联网、智慧城市等为代表的大数据时代，各种信息业务流量需求促使光纤通信系统必须及时快速地更新传输速率和容量。目前，采用高级调制技术和多维复用技术是光纤通信系统广泛研究的关键技术。其中，最广泛应用的复用技术之一就是空分复用技术(SDM)。
实现SDM的主要技术之一就是用少模光纤(FMF)进行数据复用传输。该技术可充分利用FMF不同正交模式都可以做为独立信道进行信息传输的特性，以此提升系统传输速度传输和容量。由于FMF是模式复用技术的重要传输介质，其特性包括模式群时延、色散等参数对下一代光纤传输系统有着重要的影响，因而对少模光纤的特性测量也就变得越来越重要。
为此，急需寻找一种快速、简单、精确的少模光纤测量技术，来为下一代模式复用光纤通信系统尤其是长距离少模光纤通信系统提供技术支持。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明人经过长期研究，提出一种长距离少模光纤特性测量方法及装置，其长距离少模光纤特性测量方法及装置，本发明能够快速、精确的测量长距离少模光纤特性，并且实验装置简单，操作方便。
依据本发明的第一方面，提供一种长距离少模光纤特性测量方法，其属于基于电信号干涉技术的长距离少模光纤特性测量方法，其包括以下步骤：
S1.光频梳光源发射多波长(频率)的光信号经过光学调制系统后产生双边带输出信号光；
S2.双边带输出信号光经过对接耦合系统，通过调节信号光在少模光纤端面的入射位置以激发高阶光纤模式，并随后在少模光纤中发生模式干涉产生携带有高阶模式信息的输出信号光；
S3.携带有高阶模式信息的输出信号光经过光滤波器和光电探测器后产生电信号干涉信息图；
S4.对电信号干涉信息图进行简单数据处理得到在该光频梳光源所覆盖的波段范围内的少模光纤的高阶模式特性信息。
其中，步骤S1具体为：光频梳光源发射的多波长(频率)光载波信号经过偏振控制器调节光信号偏振态，然后进入强度调制器，在矢量网络分析仪射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，对光载波进行了双边带调制，产生双边带输出信号光。该信号光经过一个光纤耦合器，其一端输出接入光谱仪，用以监测双边带输出信号光的质量，另一端输出则作为对接耦合系统的入射信号光。
其中，步骤S2具体为：对接耦合系统的入射信号光通过准直透镜聚焦以对准耦合平台的物镜，同时通过光学耦合平台的三维调节系统来调节入射信号光束与夹在耦合平台上的少模光纤端面间的相对位置，以此激发少模光纤中的高阶模式。产生的高阶光纤模式在少模光纤中进行传输，在模式干涉的作用下，输出携带有不同高阶模式特征信息的干涉信号光并进入光滤波器和光电探测器。
其中，步骤S3具体为：携带有高阶模式信息的干涉信号光经过光滤波器进行选择滤波并经过光电探测器后，将得到不同波长信道的模式间电信号干涉信息图，此信息图接入矢量网络分析仪后可以显示出来。
其中，步骤S4具体为：从矢量网络分析仪中提取出来电信号干涉信息图数据，通过快速傅里叶变换(FFT)，得到对应于时域不同高阶光纤模式的峰值点，这些峰值点的时间位置即对应于不同高阶模式相对于该少模光纤基模的时延差。通过计算不同高阶模式相对于基模的时延差即可得到不同高阶模式相对于基模的差分模式群时延(DMGD)以及色散等参数；按相同方法对光频梳光源所覆盖的不同波长的进行简单数据分析，即可得到所需波段范围内的少模光纤的差分模式群时延DMGD和色散系数等特性。
依据本发明的第二方面，提供一种实现上述方法的长距离少模光纤特性测量方法装置，其属于一种对接耦合装置，其包括：偏振控制器、强度调制器、准直镜、三维可调光学耦合平台和少模光纤，所述偏振控制器用来调节光信号的偏振态；所述强度调制器用来产生双边带输出信号光；所述准直镜用来对输出信号光束进行聚焦；所述三维可调光学耦合平台用来调节输入信号光和少模光纤端面间的相对位置用以激发少模光纤中支持传输的高阶光纤模式；所述少模光纤即为待测光纤。
进一步地，所述装置还包括：光频梳光源、射频驱动信号、直流偏置电压、光纤耦合器、光谱仪、光滤波器、光电探测器和矢量网络分析仪，所述光频梳用来产生覆盖C波段波长(频率)的光载波信号；所述射频驱动信号由矢量网络分析仪产生，该信号频率在设定范围内连续可调，主要用于调制强度调制器以产生特定频率间隔的双边带输出信号光；所述直流偏置电压主要用来控制强度调制器的工作状态，使其工作在无啁啾调制状态；所述光纤耦合器用来完成对输入信号光的耦合与所需比例的分离；所述光谱仪用来监测双边带输出信号光的质量；所述光滤波器用来进行选择滤波；所述光电探测器用来将输入的信号光转变为电信号；所述矢量网络分析仪用来提供特定频率范围的射频驱动信号和记录少模光纤的频率响应。
本发明长距离少模光纤特性测量方法及装置相比于现今模式复用光纤通信系统中广泛应用的测量少模光纤特性的技术来说，具有如下优点和效果：测量装置简单、容易操作、测量速度快；能够测量长距离的少模光纤特性。测量得到的电信号干涉图经过简单的数据计算即可得到少模光纤的特性信息。
附图说明
图1是依据本发明的长距离少模光纤特性测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体模块或具体参数。
本发明长距离少模光纤特性测量方法及装置被作为有可能应用于高速光纤通信系统性能补偿技术得到了发明与研究。
在本发明中，一种长距离少模光纤特性测量方法包括以下步骤：
S1.光频梳光源发射的光载波信号经过光学调制系统后产生双边带输出信号光；
S2.双边带输出信号光经过对接耦合系统耦合进入少模光纤发生模式干涉，产生携带有高阶模式信息的输出信号光；
S3.携带有高阶模式信息的输出信号光经过光滤波器和光电探测器后产生电信号干涉信息图；
S4.对电信号干涉信息图进行简单数据处理得到少模光纤高阶模式的特性信息。
上述S1的具体步骤为：光频梳光源发射的多波长(频率)光信号经偏振控制器调节光信号的偏振态后，进入强度调制器，在矢量网络分析仪输出的射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，对光载波进行双边带调制，产生双边带输出光信号。此信号经过一个光纤耦合器，一端输出接入光谱仪，用以监测双边带输出光信号，另一端输出作为入射信号光进入对接耦合系统。
所述光频梳光源工作在C波段(1530-1565nm)；
所述偏振控制器用来调节激光源所发射信号光的偏振态；
所述强度调制器在矢量网络分析仪的射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，对光载波进行了双边带调制；
所述射频驱动信号主要用来驱动强度调制器，其频率扫描范围为特殊设定的工作范围，如10MHz-15GHz，以获取该工作范围内的频率响应干涉图；
所述直流偏置电压主要用来设定强度调制器的工作状态，即使强度调制器工作在零附加相移状态；
所述光纤耦合器为不对称光耦合器，输出功率比为90∶10，90％的输出端作为入射信号光耦合进少模光纤，10％的输出端接入光谱仪用以监测信号质量；
所述光谱仪用来显示和监测双边带输出信号质量；
上述S2的具体步骤为：入射信号光通过准直镜聚焦对准光学耦合平台的物镜，通过三维调节系统调节入射信号光束与夹在耦合平台上的少模光纤端面间的相对位置，以此激发少模光纤中的高阶模式。少模光纤中的不同模式发生相互干涉作用，产生携带有高阶模式信息的输出信号光并随之进入光滤波器和光电探测器。
所述准直镜用来将信号光束聚焦，方便之后进行的与少模光纤的对接耦合；
所述三维耦合平台用来控制输入信号光束和少模光纤的对接耦合，调节它们的相对位置以激发出高阶模式；
上述S3的具体步骤为：携带有高阶模式信息的输出信号光经过光滤波器和光电探测器探测后接入矢量网络分析仪产生出了不同模式间的电信号干涉信息图。
所述光滤波器用来对输入的光信号进行选择性滤波；
所述光电探测器用来探测输入的光信号；
所述矢量网络分析仪用来接收经光电探测器探测后的电信号，并记录和显示单波长(频率)信道在一定频率范围内的频率响应；
上述S4的具体步骤为：从矢量网络分析仪中提取出来电信号干涉信息图数据，在软件MATLAB中进行快速傅里叶变换(FFT)，得到对应于时域不同高阶模式的峰值，这些峰值的时延位置即不同高阶模式相对于基模的时延差。通过不同高阶模式相对于基模的时延差即可计算得到不同高阶模式相对于基模的差分模式群时延(DMGD)以及色散系数；按相同方法对光频梳光源所覆盖的不同波长的进行简单数据分析，即可得到所需波段范围内的少模光纤的差分模式群时延DMGD和色散系数等特性。
更具体地，如图1所示，长距离少模光纤特性测量方法包含四个步骤(部分)。一是调制信号光的产生：光频梳光源1发射的多波长(频率)光信号经过偏振控制器2调节光信号的偏振态，然后进入强度调制器3，在矢量网络分析仪产生的射频驱动信号5和直流偏置电压4的作用下，对光载波信号进行双边带调制。双边带输出信号经过一个光纤耦合器6，其一端输出接入光谱仪7，用以监测双边带输出信号质量，另一端输出作为入射信号光进入准直镜8进行聚焦。
二是对接耦合和模式干涉过程：入射信号光通过准直镜8聚焦对准耦合平台9的物镜，通过耦合平台9的三维调节系统调节入射信号光束与夹在耦合平台上的少模光纤10端面间的相对位置，以最大程度地激发待测少模光纤10中的高阶模式。待测少模光纤10中的不同模式在相互干涉作用后输出带有高阶模式信息的输出信号光进入光滤波器11进行选择性滤波，滤出特定波长信道并进入光电探测器12。
三是信号光电变换过程：携带有高阶模式信息的输出信号光经过光电探测器12探测后接入矢量网络分析仪13产生一定频率范围内的不同模式间的电信号干涉信息图。
四是简单数据处理过程：从矢量网络分析仪13中提取出来的电信号干涉信息图数据，在软件MATLAB中进行快速傅里叶变换(FFT)，得到对应于时域不同高阶模式的峰值，这些峰值点的时延位置即不同高阶模式相对于基模的时延差。通过不同高阶模式相对于基模的时延差即可计算得到不同高阶模式相对于基模的差分模式群时延(DMGD)以及色散系数；按相同方法对光频梳光源所覆盖的不同波长的进行简单数据分析，即可得到所需波段范围内的少模光纤的差分模式群时延DMGD和色散系数等特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。