[发明专利]一种新型多模光纤带宽测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种新型多模光纤带宽测量装置，其特征在于，包括激光器、耦合器、光信号发射系统、光纤纤芯对准系统以及信号检测系统，其中光信号发射系统又包括单模光纤探针以及精密位移台，光纤纤芯对准系统包括平行光源、CCD相机、显微物镜以及多模光纤，信号检测系统包括光电探测器和示波器；首先激光器输出光经耦合器后进入模场直径为5μm的单模光纤探针中，该单模光纤探针固定在精密位移台上，在精密位移台的控制下单模光纤探针从多模光纤轴心的初始位置沿被测多模光纤的径向移动，每次移动的步进为1μm，直至移动到多模光纤的纤芯边缘处；在单模光纤探针移动过程中，在不同的偏移位置处输入激光脉冲信号，从而激励起不同的光纤模式群，不同模式的光脉冲信号在多模光纤中传输的时间是不同的，由光电探测器将光脉冲信号转换为电信号并显示在示波器上，调节示波器的时间刻度和触发时延，通过测量多模光纤的微分模时延来计算被测多模光纤的带宽值；所述计算被测多模光纤的带宽值的具体步骤为：假定光源谱宽为高斯形状的前提条件下，被测光纤输出波形中每个模式最大幅度的25％的基准面上的脉冲展宽的宽度为ΔT_chrom：

其中δλ为光源的谱宽，D(λ)为被测光纤的色度色散，L为被测光纤的长度；

被测多模光纤输出端每一个模式的25％幅值全宽ΔT_REF为：

通过以上方法测量得到的模式时延差，ΔT_pulse为光脉冲时间宽度，和被测多模光纤色度色散造成的脉冲展宽宽度ΔT_chrom，在计算光纤时间空间响应的DMD偏移测量值时需要减去ΔT_REF：

U(ρ,t)＝(T_slow-T_fast)-ΔT_REF (3)

由公式(3)测量计算得到光纤时间空间响应的DMD偏移测量值U(ρ,t)；其中T_slow为慢脉冲传播所需的时间，T_fast为快脉冲传播所需的时间；需要选取10种不同的标准光源，对每个偏移位置处的DMD值进行测量，然后与相应的权重系数相乘求和，由如公式(4)计算得到光源输出信号经过光纤后的输出脉冲为：

P(t)＝∑_ρU(ρ,t)·ω(ρ) (4)

U(ρ,t)为光纤时间空间响应的DMD偏移测量值，ω(ρ)为权重系数；再进行傅里叶变换，由公式(5)得到输出脉冲的频率响应函数：

公式(5)中，P(t)为输出脉冲，R(t)为输入脉冲，FT表示傅里叶变换，H(f)为频率响应函数；得到了频率响应函数后即可按功率输出输入比从最大值减少到3dB的频率范围求出光纤的带宽。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激光器输出光脉冲的宽度的计算以脉冲最大值的25％为起点和终点，光脉冲的最大宽度由被测光纤的DMD值和光纤长度来决定，所述DMD值是指差分模式时延。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述光信号发射系统，对应于被测多模光纤的工作波长，光纤探针的输出模式要求为单模，使用扰模器滤除高阶模，并且模场直径要求为(8.7λ-2.39)±0.5μm，其中λ为被测多模光纤的工作波长。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，单模光纤探针和被测多模光纤的端面要保持垂直，确保两个光纤端面之间的夹角不大于1°，并且单模光纤和被测多模光纤端面之间的距离不超过10μm。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述光纤纤芯对准系统，采用侧视成像的方法对单模光纤探针与被测多模光纤的纤芯进行对准；平行光源输出的一束平行光径向照射光纤，由于光纤的横截面为圆形，光纤本身等效为一圆柱透镜，在光纤另一侧观察平面上得到光纤的图像，通过显微镜使观察平面成像到CCD相机，得到光纤侧面的清晰图像，通过提取光纤的特征图像，使用图像处理算法计算两根光纤纤芯之间的相对位置，根据位置差对单模光纤探针的位置进行调整。