[发明专利]一种实现掺铒光纤光源平均波长全温稳定的方法

说明书

技术领域

本发明应用于光纤陀螺领域，特别地涉及一种光纤陀螺用掺铒光纤光源的平均波长全温稳定的方法。

背景技术

高精度光纤陀螺用光源要求具有较高的稳定的尾纤输出光功率以获得具有较高信噪比的干涉信号，稳定的平均波长稳定性以实现标度因数的稳定性，近高斯型的光滑光谱以减小寄生干涉等。然而当前掺铒光纤光源的研究仍然存在诸多待解决的问题：首选是未经优化的光纤光源的铒纤本征温度稳定性较差，怎样得到具有全温范围内高平均波长稳定性的光源是目前掺铒光纤光源的重点和难点。其次掺铒光纤光源输出光谱一般是具有1530nm和1560nm波段的双峰谱型，如何通过光学参数的设计以及适当的光谱滤波技术得到具有较小纹波的稳定近高斯光谱也是光源目前重点需要解决的问题。

影响掺铒光纤光源的平均波长稳定性的因素主要是泵浦源(包括泵浦波长、泵浦功率、泵浦光偏振态)、信号光反馈和铒纤温度。光纤光源早期的研究重点都是泵浦源(包括泵浦波长、泵浦功率、泵浦光偏振态)、信号光反馈对平均波长稳定性的影响。通过对泵浦源进行温度和驱动电流的控制，使用光纤光栅稳定泵浦波长，并选择合适的光源结构和铒纤长度，使用隔离器，在常温下光源平均波长的稳定性已经能够达到1ppm量级。然而铒纤温度变化对光源平均波长稳定性的影响至今是一个尚未解决的难点，也是最难解决的问题。

铒纤本征温度系数不仅与铒纤本身特性有关，也与铒纤长度、泵浦功率和光源结构等光源参数有关。没有经过优化的铒纤本征温度系数一般在-3～+10ppm/℃左右。在高精度光纤陀螺的某些实际应用中温度变化超过100℃，即使只有1ppm/℃的本征温度系数也会在全温范围内带来100ppm的平均波长变化。因此铒纤温度对掺铒光纤光源平均波长的影响最大，也最难控制，需要对掺铒光纤光源的结构参量进行优化或者采用其他的温度控制及补偿技术，这是掺铒光纤光源的研究重难点。

减小铒纤本征温度系数的技术方案主要是使用各种滤波器进行补偿、采用多级结构、采用新型的掺铒光子晶体光纤技术以及对光源进行温度控制与补偿等技术手段。分析表明，铒纤本征温度特性变差主要是由于光源输出的双峰光谱之间的竞争导致的，若通过技术手段消除光源双峰光谱中的一个峰，得到单峰输出光谱，再进行光源结构参量优化，则可以得到具有高平均波长稳定性的单峰输出光谱。在单程后向结构光源输出端接一段无源掺铒光纤，便是这样一种技术手段，但这种光源即使经过优化，本征温度系数仍然有～1ppm/℃，在全温范围内平均波长的变化要小于10ppm也比较困难。

发明内容

为了解决当前光纤陀螺用掺铒光纤光源研究中存在的问题，本发明旨在提供一种实现掺铒光纤光源平均波长全温稳定的方法，即一种基于铒纤滤波器温度控制的平均波长全温稳定方法。

本发明平均波长全温稳定方法基于如下理论：一种单程后向结构光源输出端接一段无源掺铒光纤，其中单程后向光路中的掺铒光纤为增益铒纤，无源掺铒光纤为铒纤滤波器。研究表明，这种光路结构的光源，其输出平均波长随环境温度的变化而呈抛物线型变化，但是当对增益铒纤和铒纤滤波器分别进行温度控制时，研究发现光源输出平均波长随增益铒纤的温度变化而呈正相关变化，随铒纤滤波器的温度变化而呈负相关变化。因此当环境温度变化时，可以根据增益铒纤温度的变化情况，对铒纤滤波器进行温度控制以消除环境温度变化造成的平均波长不稳定性。

本发明一种基于铒纤滤波器温度控制的平均波长全温稳定方法，包括以下步骤：

(1)在单程后向结构掺铒光纤光源的输出端口接一段无源掺铒光纤作为铒纤滤波器，在无源掺铒光纤的输出端接光隔离器；在一固定泵浦功率条件下，将光源中的增益铒纤及铒纤滤波器分别放置在各自温箱内，在-40℃～+60℃的温度范围内，测量增益光纤和铒纤滤波器分别在各自不同温度点时，光隔离器输出端的光源输出平均波长；

(2)在铒纤滤波器的每个温度点上对光源输出平均波长随增益铒纤温度T₁变化进行正相关拟合，得到一簇正相关拟合曲线；在增益光纤的每个温度点上对平均波长随铒纤滤波器温度T₂变化进行负相关拟合，得到一簇负相关拟合曲线；通过两簇拟合曲线建立光源平均波长随温度变化的拟合模型；

(3)将铒纤滤波器置于温度控制装置内进行温度控制，光源其他部件置于外部环境中，第一温度探测器探测增益铒纤的温度T₁，第二温度探测器探测铒纤滤波器的温度T₂；