[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于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，

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 电控位移台的共轭点上，并由显微镜聚焦系统来观测光纤端面的切割状况；

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。

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。

可选地，所述光电编码器配套数显表实时计算方位角，每对应一个得到关于角度的远场光强分布函数根据PCF有效面积的定义计算出待测PCF的有效面积。

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θ₁时，精密电控倾斜台围绕光纤做圆周运动采集不同倾斜角下的光强数值，得到光强I关于倾斜角的函数关系式再控制精密电控旋转台旋转θ₂，得到以此类推，得到不同二维角度下光纤的远场光强

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，

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 电控位移台的共轭点上，并由显微镜聚焦系统来观测光纤端面的切割状况；

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。

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。

可选地，所述光电编码器配套数显表实时计算方位角，每对应一个方位角得到关于角度的远场光强分布函数根据PCF有效面积的定义计算出待测PCF的有效面积。