一种用于pcf有效面积测量的光纤远场球面扫描装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种用于PCF有效面积测量的光纤远场球面 扫描装置，还涉及一种用于PCF有效面积测量的光纤远场球面扫描方法。
【背景技术】
[0002] 光子晶体光纤(PCF)是一种包层由空气孔-石英沿轴向周期性排列的新型特种光 纤。在太赫兹、光纤陀螺、飞秒激光光梳等前沿领域有着广泛的应用。有效面积是表征PCF性 能的一个重要参数，它决定了 PCF的非线性系数，与光纤的宏弯损耗、熔接损耗等密切相关。 因此，准确测量PCF的有效面积对其前期结构设计和后续实际应用都有着重要意义。
[0003] 目前，国内还没有专门针对PCF有效面积的测试仪器或系统，大多通过理论模型仿 真来近似计算PCF的有效面积。应用PCF的本地正交函数模型来分析PCF有效面积与光纤结 构参量的关系，通过测试光纤的结构参量近似计算求得PCF的有效面积;或者是采用基于远 场扫描法来计算PCF的模场直径，根据模场直径和有效面积之间的经验公式，近似计算PCF 的有效面积。
[0004] 理论计算PCF有效面积，需要对不同类型结构的PCF进行相应的建模仿真，工作量 大，而且不能准确测试PCF有效面积。采用PCF模场直径经验公式近似计算有效面积，需要对 修正系数进行校正。不同结构、模场直径下的PCF其修正系数也略有差异，一般在0.87~ 1.07之间波动，需要进行大量的实验，工作量大，耗费时间多，而且不能直接准确的测试PCF 有效面积。
[0005] 因此研制一种可用于PCF有效面积测量的光线球面扫描装置及方法，精确测量PCF 有效面积，对PCF的研制和应用都有着重要意义。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术中的不足，本发明提出一种用于PCF有效面积测量的光纤远场球 面扫描装置及方法，根据有效面积定义，设计了基于二维精密位移平台的光纤远场球面扫 描系统，可以准确可靠的进行PCF有效面积的测试。
[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] -种用于PCF有效面积测量的光纤远场球面扫描装置，包括:光纤准直系统、聚焦 显微镜系统、光电探测器及电控位移平台；其中，
[0009] 待测的光子晶体光纤由光纤准直系统进行调节，确保待测光纤出射端面位于电控 位移台的共辄点上，并由显微镜聚焦系统来观测光纤端面的切割状况；
[0010] 安装在电控位移台上的光电探测器实时接收不同方位角下光纤端面出射光的远 场光场分布，计算得到被测光子晶体光纤的有效面积参数。
[0011] 可选地，所述电控位移平台由精密电控旋转台、精密电控倾斜台和光电编码器组 合而成，安装在电控位移台上的光电探测器围绕光纤出射端面做圆弧形运动，采集出射光 远场区域二维空间方向上的光强分布。
[0012] 可选地，所述光电编码器配套数显表实时计算方位角，每对应一个切，φ)得到关 于角度的远场光强分布函数i=/〇?, φ)，根据PCF有效面积的定义计算出待测PCF的有效面 积。
[0013] 可选地，所述精密电控旋转台和精密电控倾斜台组成的二维电控位移台，当精密 电控旋转台旋转，精密电控倾斜台围绕光纤做圆周运动采集不同倾斜角φ下的光强数 值，得到光强I关于倾斜角(负，奶)的函数关系式％=/(龟，:的);再控制精密电控旋转台旋 转Θ 2，得到/2;=/(込，以此类推，得到不同二维角度说，釣)下光纤的远场光强 /"=/(久，的)。
[0014] 本发明还提出了一种用于PCF有效面积测量的光纤远场球面扫描方法，包括:光纤 准直系统、聚焦显微镜系统、光电探测器及电控位移平台；其中，
[0015] 待测的光子晶体光纤由光纤准直系统进行调节，确保待测光纤出射端面位于电控 位移台的共辄点上，并由显微镜聚焦系统来观测光纤端面的切割状况；
[0016] 安装在电控位移台上的光电探测器实时接收不同方位角下光纤端面出射光的远 场光场分布，计算得到被测光子晶体光纤的有效面积参数。
[0017] 可选地，所述电控位移平台由精密电控旋转台、精密电控倾斜台和光电编码器组 合而成，安装在电控位移台上的光电探测器围绕光纤出射端面做圆弧形运动，采集出射光 远场区域二维空间方向上的光强分布。
[0018] 可选地，所述光电编码器配套数显表实时计算方位角，每对应一个方位角矽，φ) 得到关于角度的远场光强分布函数/=/(丄φ)，根据PCF有效面积的定义计算出待测PCF的 有效面积。
[0019] 可选地，所述精密电控旋转台和精密电控倾斜台组成的二维电控位移台，当精密 电控旋转台旋转，精密电控倾斜台围绕光纤做圆周运动采集不同倾斜角识下的光强数 值，得到光强I关于倾斜角(氣，奶)的函数关系式/?=/设1，蝌)；再控制精密电控旋转台旋 转02，得到以=/(1%，奶)；以此类推，得到不同二维角度(负，奶)下光纤的远场光强 Ι：Γ?[?；, ψι)0
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] (1)基于有效面积定义，设计二维精密电控位移台，对PCF出射端面上的远场光强 进行扫描，能够准确有效的进行PCF有效面积的测试；
[0022] (2)相比于现有技术，本发明采用光电编码器、数显表和锁相放大器数据采集系 统，程控运行，测试精度高，受外界干扰小，能够满足不同种类结构下PCF有效面积的测试。
【附图说明】
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本发明基于二维电控位移平台的光纤远场球面扫描装置原理图。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026] 有效面积是表征PCF性能的重要参数，如何准确测量PCF的有效面积对其前期结构 设计和后续的实际应用有着重要意义。目前还没有专门针对PCF光纤有效面积的测试仪器 或装置，大多是通过理论仿真来模拟PCF有效面积;或者是通过计算PCF的模场直径，根据经 验公式近似求得有效面积。上述两种方法都不能准确的计算PCF的实际有效面积
[0027] 本发明设计了一种基于二维电控位移台的光纤远场球面扫描装置及方法，可以在 PCF出射端面上做球形扫描运动，采集PCF出射的远场光强，经