[发明专利]一种光纤色散系数的测量装置

权利要求书

1.一种光纤色散系数的测量装置，其特征在于，包括宽谱光源(101)、电光调制器(105)和计算机(202)，宽谱光源(101)输出端连接光纤耦合器(102)，光纤耦合器(102)的一个输出端和电动可调光纤延迟线(103)连接，电动可调光纤延迟线(103)的输出光和光纤耦合器(102)的输出光在一端合束，光纤耦合器(102)和电动可调光纤延迟线(103)构成一个马赫曾德干涉仪，马赫曾德干涉仪的输出端连接光谱仪(103)和电光调制器(105)，电光调制器(105)输出的调制信号经过待测光纤(106)后入射到高速光电探测器(107)上，高速光电探测器(107)将光信号装换成微波信号并通过低噪放(108)放大，低噪放(108)输出端连接微波功分器(109)，微波功分器(109)将一部分微波信号注入到电光调制器(105)中，同时将另一部分微波信号输入频谱仪(201)，频谱仪(201)末端连接计算机(202)；所述马赫曾德尔干涉仪用于产生干涉正弦梳状谱；

一种光纤色散系数的测量装置的具体测量过程如下：本测量方法是通过测试系统输出的微波信号的中心频率来得到待测光纤的色散系数，宽谱光源101经过马赫曾德干涉仪后，将发生干涉，干涉条纹的输出在频域上可表示为：

其中A为干涉仪输出干涉条纹的可见度，Δω为不同干涉仪光程差nΔL时输出干涉条纹的频率间隔，为干涉仪的相位漂移，ω₀为激光器的中心圆频率，Δω可表示为：

Δω＝2πc/nΔL (2)

其中c为光速，n为光纤折射率，ΔL为干涉仪两臂光程差，则该干涉仪的自由光谱范围可表示为：

干涉的输出光是与波长相关，其电场可表征为：

E(t)＝∫E(ω)e^jωtdω (4)

则光源的光功率谱密度可表示为：

T(ω)＝|E(ω)|² (5)

干涉仪输出的干涉条纹经过电光调制器105后，光谱的每个频率分量E(ω)都被调制，并且由光电振荡器环路产生一频率为ξ的微波信号，电光调制器105输出的光场可表示为：

E(ω)＝e^jωt(1+e^jξt+e^-jξt) (6)

光电振荡器中使用色散光纤作为延迟线，延迟线的电场传递函数可表示为：

H(ω)＝|H(ω)|e^-jφ(ω) (7)

φ(ω)为待测光纤延迟引入的相位，根据泰勒级数展开，该相位可表示为：

式中，τ(ω₀)为中心频率为ω₀时的群时延，β为待测光纤的色散，其单位为ps²/km，β可表示为：

式中D(ps/km/nm)为待测光纤的色散系数，λ₀为光源波长；

根据式(5)——(9)可得光电振荡器响应函数为：

其中

由此可知，光电振荡器输出的微波信号的中心频率可表示为：

则待测色散光纤的色散系数可表示为：

由上式可知，根据光电振荡器输出微波信号的中心频率，宽谱光源101的中心波长，待测光纤的长度以及马赫曾德干涉仪两臂的光程差nΔL就可以得到待测保偏光纤的拍长，马赫曾德干涉仪两臂的光程差nΔL可通过光谱仪203接收到的干涉光谱的数据计算得到，由式(1)可知，干涉仪输出的干涉光谱相邻两波峰的相位差为2π，即：

上式中λ₁和λ₂为干涉光谱中任意两相邻波峰对应的波长，λ₀＝λ₁-λ₂，由此可得马赫曾德干涉仪两臂的光程差nΔL可表示为：

由上式可得，只要记录任意两相邻波峰对应的波长和光源的中心波长，就可以得到马赫曾德干涉仪两臂的光程差。