[发明专利]一种宽谱超荧光光纤光源的平均波长稳定方法

说明书

技术领域

本发明属于光源产生领域，涉及一种对宽谱超荧光光源进行平均波长稳定的方法，具体地讲，是指一种能够对平均波长随温度呈现抛物线型变化的宽谱超荧光光源进行平均波长稳定的方法，适用于优化干涉型高精度光纤陀螺的光源及其它干涉型传感器的光源。

背景技术

作为干涉型光纤传感器的关键器件，宽谱光源的性能很大程度上决定了传感系统的性能，特别是对于高精度干涉型光纤陀螺，高性能的宽谱光源必不可少。常见的宽谱光源包括半导体LED、半导体SLD和超荧光光纤光源。LED光源有较宽的光谱，但能量较低，通常不超过150μw；SLD光源能提供较宽的光谱和较高的输出功率，但由于光纤陀螺等传感系统通常工作在复杂的外界环境下，环境因素对SLD输出光功率和平均波长等参数的影响较大，如温度对SLD平均波长的影响达到300～500 ppm/℃，无法满足零漂低于0.01 °/h，全温范围内标度稳定性小于10 ppm的惯性导航级光纤陀螺的要求。因此，从九十年代起，人们转向另一种宽谱光源——超荧光光纤光源的研究，以寻求平均波长更加稳定的宽谱光源。其中，超荧光掺铒光纤光源的研究比较成熟。

超荧光掺铒光纤光源利用掺铒光纤放大自发辐射(ASE)的原理实现宽谱超荧光输出，与其它宽谱光源相比，具有如下优点：

1.输出功率高，通常大于10 mW；

2.光源谱宽大，大于25 nm；

3.平均波长稳定性好，比SLD低1~2个数量级，通常为1~10 ppm/℃；

4.输出耦合效率高；

5.成本较低。

因此，在光纤陀螺等传感系统中，采用超荧光掺铒光纤光源代替半导体SLD光源是更好的选择。但对零漂低于0.01°/h，全温范围内标度稳定性小于10 ppm的高精度光纤陀螺而言，要求光源的平均波长稳定性在全温范围内小于10 ppm，即光源的平均波长稳定性需达到0.1 ppm/℃这一数量级，普通超荧光掺铒光纤光源本身的平均波长随温度变化的稳定性仍然较难达到该指标。

为了进一步改善超荧光掺铒光纤光源的平均波长稳定性，使其能够应用于高精度干涉型光纤陀螺或其它干涉型传感器，人们提出了一些提高超荧光光源的平均波长稳定性的方法。专利号为200710177485.1的专利《具有平均波长稳定性的宽谱光纤光源》公开了一种利用啁啾光纤光栅，将超荧光光源的平均波长从3~10 ppm/℃降低至0.1~0.5 ppm/℃的方法。H. J. Patrick等人在论文《Erbium-doped superfluorescent fibre source with long-period fibre grating wavelength stabilisation》中提出利用长周期光纤光栅光谱的中心波长随温度上升而增大的特性，对超荧光光源的随温度变化近似线性递增的平均波长曲线进行补偿，将平均波长的温度系数从6.2 ppm/℃降低至0.05 ppm/℃（经过线性拟合）。但是当超荧光光源的平均波长温度响应曲线为非近似线性时，如抛物线型响应，则该方法将无法获得较好的补偿效果。A. Wang等人在论文《High-Stability Er-Doped Superfluorescent Fiber Source Incorporating Photonic Bandgap Fiber》中提出利用光子带隙光纤和双金属片制作一个带温度补偿的滤波器，实现对平均波长温度响应曲线为抛物线型的超荧光光源进行补偿，将平均波长变化从1 ppm/℃降低至0.1 ppm/℃，降低一个数量级。由于光子带隙光纤和双金属片均需要特殊设计，该方法显得相对复杂。

由于作为核心部件的超荧光光纤光源的平均波长稳定性直接决定了高精度光纤陀螺标度因子的稳定性，因此超荧光光纤光源的平均波长稳定性问题一直以来都是研究的重点。目前，人们已经从光源结构、偏振控制、光栅滤波补偿等不同方面研究了超荧光光纤光源的平均波长稳定性，但对温度范围，实现较高的平均波长稳定性仍不是个简单的问题。

发明内容