[发明专利]一种利用可见光测量单模光纤模场分布的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用可见光测量单模光纤模场分布的方法和装置，属于信息技术领域。

背景技术

单模光纤的模式场分布，对于研究单模光纤的特性有重要意义，比如耦合特性、色散特性等都十分重要。但是，普通单模光纤的通光波长处于1310nm或者1550nm，都不是可见光。因此，测量它的模场，必须用价格昂贵的红外光源，而且因为是不可见光，所以很难使用可见光的探测器，比如利用市场销售的CCD器件进行模场拍摄，这样一套红外的模场测量系统非常昂贵。如果能够利用可见光进行测量，那么可以利用现有的廉价器材，有广泛的应用前景。

发明内容

为了克服现有技术结构的不足，传统方法测量单模光纤的模场是在单模光纤工作波长(1310nm或1550nm)下测量，该波段为非可见光波段，需要专门的红外光强传感器来进行光强的采集，费用昂贵。为了降低成本，本发明提出的改进方法可以避免使用复杂昂贵的红外光检测设备和复杂的测量程序。本发明提供一种利用可见光测量单模光纤模场分布的方法和装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种测定光纤模场而不需要昂贵光学设备和复杂测量程序的方法。该方法包括光源，光源以平行于所述光纤纵轴入射这样一种方式射向光纤的无被覆输入端面，使输出的光强分布图像尽可能满足实验测量要求，然后根据测得的光纤输出端的光强分布计算出单模光纤的模场。

一种利用可见光测量单模光纤模场分布的装置，利用普通激光器作为光源，通过带透镜的精密五维调整价和光纤夹把光耦合进光纤，利用CCD或其他成像系统进行数据采集，把得到的数据用电脑进行分析，得到图像的强度分布。用设计算法对测量到的可见光下的光强分布图进行处理和计算，用非线性最小二乘拟合法计算出光纤参数，然后推算出单模光纤工作波长下的模场分布。

计算方法如下：

根据光波导理论，工作波长为1310nm的普通单模光纤，在可见光注入时将工作在多模状态。光纤单模传输的条件是：

V＜2.405；    (1)

其中V为归一化频率，由光纤结构参数决定：

V=2πλn12-n22a;---(2)]]>

式中n₁为纤芯折射率，n₂为包层折射率，a为纤芯半径。设注入波长为635nm的可见光，由以上两式可计算出工作波长为1310nm的普通单模光纤在635nm波长下工作时V所满足的条件：

V＜4.9615；

由于LP₃₁模的截止条件为V＝5.316，因此LP₃₁模及LP₃₁以后的模均截止，光纤中可能传输四个模：LP₀₁、LP₁₁、LP₀₂、LP₂₁，各模的截止频率分别为0、2.405、3.832、3.832。

设n₁、n₂、a为已知，那么各模的场分布均可计算出来，光纤内总的场分布为各模光场的相干叠加。

将基模的近场分布进行汉克尔变换，得到远场光强分布，其分布与光纤参数n₁、n₂、a、光源波长λ及光线偏离光纤轴线的夹角θ有关，记其表达式为

P(n₁，n₂，a；λ；θ).    (3)

如果实验测量出光纤基模的远场分布图，那么用表达式P(n₁，n₂，a；λ；θ)对测量得到的数据点进行拟合，就可以求出最佳的n₁、n₂、a。