一种非线性宽光谱光纤光源的制作方法

本发明属于光纤陀螺与光纤干涉仪领域，尤其涉及一种非线性宽光谱光纤光源产生方法及应用系统，可作为新型光源用于高精度光纤干涉仪，提升光纤干涉仪检测精度。

背景技术：

1、光纤陀螺仪作为角速度测量的光纤干涉仪，工作的光源最早为氦氖激光器与半导体激光器。sld光源和掺铒的光纤自发辐射光源等光源的应用进一步提高了光纤陀螺仪的角速度测量精度。然而在高精度光纤陀螺仪中，光源的谱宽引起的相对强度噪声占90％以上，如何进一步增加光源谱宽是降低相对强度噪声、提升陀螺精度的关键所在。

2、提升光纤陀螺仪的精度的一种方法是增大光路尺寸，然而随着光纤环长度增加，光纤衰减导致探测功率不足。在世界时精确测量领域，目前国内外报道的最高精度光纤陀螺仪零偏稳定性达到10-6°/h水平，通过高精度地测试地球自转角速度进而精确计算地球自转周期，此应用背景的光纤干涉仪的光纤环长度最高可达20km以上，光功率传播衰减可达5db以上，考虑到整个链路的衰减后到达探测端的信号功率降低，将直接影响探测信噪比进而影响干涉仪的解算精度。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：为了解决光纤干涉仪光源宽光谱和高功率问题，本发明公开了一种非线性宽光谱光纤光源产生方法及应用系统，以提升现有光纤干涉仪所用光源的光谱宽度和输出功率。

2、本发明的技术方案是：一种非线性宽光谱光纤光源，包括：第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第四保偏光纤和第五保偏光纤、第一光纤放大器、第二光纤放大器、第一光纤环形器、第二光纤环形器、保偏光纤耦合器和非线性光纤；

3、第一可调谐连续激光器输出的光经第一保偏光纤输入到第一光纤放大器进行功率放大；放大后输出的光经过第二保偏光纤进入第一光纤环形器的端口，从第一光纤环形器的端口输出，第一光纤环形器的端口用于观测反射光信号，对应输出a端口；第一光纤环形器端口输出的光信号进入到光纤耦合器经耦合后输出至非线性光纤；

4、第二可调谐激光器输出的光经第三保偏光纤输入到第二光纤放大器进行功率放大；放大后输出的光经过第四保偏光纤进入第二光纤环形器的端口，从第二光纤环形器的端口输出，第二光纤环形的端口用于观测反射光信号，对应输出b端口；第二光纤环形器端口输出的光信号进入到光纤耦合器经耦合后输出至非线性光纤，非线性光纤输出宽谱光至第五保偏光纤作为输出光源；

5、第五保偏光纤与光纤陀螺或光纤干涉仪的光纤耦合系统连接，光经过光纤耦合系统后进入光纤环路中产生干涉效应，再次经由光纤耦合系统输出，输出端口对应输出c，用于信号解调处理。

6、所述第一可调谐连续激光器的调节精度为优于10pm，输出功率大于等于10mw。

7、第一光纤放大器增益大于等于20db，输出功率大于等于0.5w。

8、所述第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第四保偏光纤和第五保偏光纤，均为单模保偏光纤。

9、所述非线性光纤的非线性系数大于等于10/w/km，零色散波长1550nm。

10、所述非线性光纤色散系数介于-1ps/(nm*km)@1550nm到1ps/(nm*km)@1550nm之间，色散斜率小于0.05ps/(nm2*km)@1550nm。

11、第二光纤放大器增益大于等于20db，输出功率大于等于0.5w。

12、一种非线性宽光谱光纤光源产生方法，包括：

13、设定第一光纤放大器增益为25db，设定第二光纤放大器的增益为25db；依次改变第一可调谐连续激光器的波长λ1和第二可调谐连续激光器的波长λ2，使得λ＝(λ1+λ2)/2在非线性光纤零色散波长附近；利用光谱仪在输出c端口观测光谱的谱型、平坦度和谱宽，当光谱形状相对平坦，谱宽满足使用需求时停止调节第一可调谐连续激光器和第二可调谐连续激光器的波长；

14、分别改变第一光纤放大器和第二光纤放大器的增益电流，从而改变第一光纤放大器和第二光纤放大器的增益，利用光谱仪在输出c端口观测光谱的谱型、平坦度和谱宽，当光谱形状相对平坦，谱宽和功率满足使用需求时停止改变第一光纤放大器和第二光纤放大器的增益电流。

15、本发明具有以下优点：

16、(1)在本发明中，光源的光谱宽度可达到100nm量级，优于现有的掺饵光纤自发辐射光源和超辐射发光二极管光源；

17、(2)在本发明中，光源的功率可控，通过调节泵浦光功率、频率，或通过增加非线性光纤长度等参数，可实现100mw数量级功率，理论上功率提升无上限；

18、(3)在本发明中，光源的谱型可以是平顶型光源，具有良好的对称性，相比于掺饵光纤自发辐射光源的高斯线型和超辐射发光二极管的非对称线型，具有一定的优势。

19、(4)在本发明中，光源的谱型、谱宽和输出功率均为可控参数，可灵活地根据需求设计为定制光源，具有参数可调节、降低冗余度的优势；

20、(5)在本发明中，采用双泵浦比采用单泵浦具有更高的光谱平坦度。这是由于单泵浦时增益谱在泵浦波长附近出现一个凹陷，需通过控制光纤色散来解决，但实际的光纤色散特性难以准确知道，在实现难度上双泵浦四波混频光源对参数的控制更加容易。

技术特征：

1.一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，包括：第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第四保偏光纤和第五保偏光纤、第一光纤放大器、第二光纤放大器、第一光纤环形器、第二光纤环形器、保偏光纤耦合器和非线性光纤；

2.根据权利要求1所述的一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，所述第一可调谐连续激光器的调节精度为优于10pm，输出功率大于等于10mw。

3.根据权利要求1所述的一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，第一光纤放大器增益大于等于20db，输出功率大于等于0.5w。

4.根据权利要求1所述的一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，所述第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第四保偏光纤和第五保偏光纤，均为单模保偏光纤。

5.根据权利要求1所述的一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，所述非线性光纤的非线性系数大于等于10/w/km，零色散波长1550nm。

6.根据权利要求1所述的一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，所述非线性光纤色散系数介于-1ps/(nm*km)@1550nm到1ps/(nm*km)@1550nm之间，色散斜率小于0.05ps/(nm2*km)@1550nm。

7.根据权利要求1所述的一种非线性宽光谱光纤光源，其特征在于，第二光纤放大器增益大于等于20db，输出功率大于等于0.5w。

8.一种非线性宽光谱光纤光源产生方法，其特征在于包括：

技术总结
本发明公开了一种非线性宽光谱光纤光源，是一种利用光纤中三阶非线性效应使光源光谱展宽的技术，通过将两个波长的高功率激光作为泵浦光注入到高非线性光纤中达到光谱转换和光功率的转移，从而实现宽光谱光源和较高的输出功率，光源光谱的宽度和功率均与泵浦光功率和非线性光纤的参数相关，光源功率理论上无上限，作为光源用于高精度光纤干涉仪是一种全新的技术途径。

技术研发人员：王巍,李明飞,王学锋,安华亮
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12