[发明专利]一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法

说明书

本发明涉及一种温度范围在‑45℃～+70℃内平均波长温度稳定性更高的掺铒光纤光源。本发明掺铒光纤光源平均波长补偿方法通过测量掺铒光纤光源平均波长在‑45℃～+70℃内随各个组件透射波长温度漂移的情况，建立各个组件引起的光源平均波长随温度变化进行拟合，得到组件透射波长随温度的变化模型，对得到的变化模型进行数值补偿计算，选择补偿值最低的组件进行匹配，从而得到较高平均波长稳定性的掺铒光纤光源。本发明相比于采用光纤光栅等进行温度补偿的方法更简单、成本更低且更易于实现。

技术领域

本发明属于光纤陀螺及光纤传感领域，特别涉及一种在较宽温度范围内对掺铒光纤光源平均波长稳定的方法。

背景技术

宽谱光源在干涉型光纤陀螺中具有抑制背向反射、背向散射、偏振耦合、法拉第效应、克尔效应等作用。常用的宽谱光源有LED光源、SLD光源以及掺杂稀土元素的光纤光源。LED光源有较宽的光谱，但其与输出光纤的耦合效率较低，难以满足实际光纤陀螺的功率需求；SLD光源虽具有输出功率大、耦合效率高等优点，但其平均波长稳定性通常为400ppm/℃，远远不能达到全温范围内标度稳定性小于30ppm的惯导级光纤陀螺的要求。因此，从上世纪九十年代起，人们开始转向另一种宽谱光源——超荧光掺铒光纤光源的研究。

宽带掺铒光纤光源是一种在SiO₂基质中掺杂稀土元素饵，通过抽运掺杂光纤获得放大自发辐射的一种宽带光源。基于稀土元素原子能级结构特点，使得利用掺杂稀土元素获得的超荧光的宽带光纤光源相对于传统的SLD光源拥有宽带宽，输出功率高以及平均波长稳定性好等优越的性能。目前掺铒光纤光源在-45℃～+70℃温度范围内平均波长稳定性已达到3～4ppm/℃，因此其在平均波长稳定性要求较高的领域中（如高精度光纤陀螺）得到广泛应用。

惯导级光纤陀螺对于光源的平均波长稳定性要求小于1ppm/℃，这对掺铒光纤光源提出更为严苛的要求。要达到此目标，必须对光源进行优化设计，使平均波长稳定性进一步得到提高。

掺铒光纤光源平均波长稳定性受掺铒光纤所处环境温度T_S、泵浦功率P、泵浦波长λ_P、泵浦光偏振态SOP_P以及光源后端光路反馈I_FE等因素影响。平均波长的影响因素可表示为：

针对如何提高掺铒光纤光源平均波长稳定性，很多方案见诸于文献报道中。提高掺铒光纤平均波长稳定性的方法通常是通过采用优化光源结构或者使用光纤滤波器（一般为光纤光栅）补偿方法来提高平均波长稳定性。例如Patrick等利用长周期光纤光栅的透射谱具有负温度系数的特点来抑制平均波长随温度增大的情况；Zatta等采用双极结构，通过选择合适的两级掺铒光纤长度和抽运光比例，以消除中心波长随温度变化的本征热系数项；Falquier等在双程结构光源上采用法拉第旋转镜，及输在泵源出端和光源输出端分别添加Lyot消偏器来抑制抽运光偏振态变化对平均波长稳定性的影响；王秀琳等提出一种双向双程结构，通过调节前、向抽运光功率比来抑制抽运光功率波动对平均波长稳定性影响。

以上设计方案均基于窄工作温度范围，且国内对于掺铒光纤光源平均波长稳定性的研究均处于实验室环境，并未真正开展工作温度范围在-45℃～+70℃内光源平均波长变化的广泛研究，因而很难满足实际工程化应用。

发明内容

本发明的目的：为了解决掺铒光纤光源平均波长随温度漂移稳定性变差的问题，本发明提供一种实施简单、成本低、补偿效果好的掺铒光纤光源平均波长补偿方法。

本发明的技术方案：一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法，其通过测量掺铒光纤光源平均波长在-45℃～+70℃内随各个组件透射波长温度漂移的情况，建立各个组件引起的光源平均波长随温度变化进行拟合，得到组件透射波长随温度的变化模型，对得到的变化模型进行数值补偿计算，选择补偿值最低的组件进行匹配，从而得到较高平均波长稳定性的掺铒光纤光源。