[發明專利]一種寬譜超熒光光纖光源的平均波長穩定方法

無效

• 申請號: 201210096461.4
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102620828A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 張阿平;高少銳;張業斌;白銀冰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01C19/72;G02B6/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光源產生領域，涉及一種對寬譜超熒光光源進行平均波長穩定的方法，具體地講，是指一種能夠對平均波長隨溫度呈現拋物線型變化的寬譜超熒光光源進行平均波長穩定的方法，適用于優化干涉型高精度光纖陀螺的光源及其它干涉型傳感器的光源。

背景技術

作為干涉型光纖傳感器的關鍵器件，寬譜光源的性能很大程度上決定了傳感系統的性能，特別是對于高精度干涉型光纖陀螺，高性能的寬譜光源必不可少。常見的寬譜光源包括半導體LED、半導體SLD和超熒光光纖光源。LED光源有較寬的光譜，但能量較低，通常不超過150μw；SLD光源能提供較寬的光譜和較高的輸出功率，但由于光纖陀螺等傳感系統通常工作在復雜的外界環境下，環境因素對SLD輸出光功率和平均波長等參數的影響較大，如溫度對SLD平均波長的影響達到300～500?ppm/℃，無法滿足零漂低于0.01?°/h，全溫范圍內標度穩定性小于10?ppm的慣性導航級光纖陀螺的要求。因此，從九十年代起，人們轉向另一種寬譜光源——超熒光光纖光源的研究，以尋求平均波長更加穩定的寬譜光源。其中，超熒光摻鉺光纖光源的研究比較成熟。

超熒光摻鉺光纖光源利用摻鉺光纖放大自發輻射(ASE)的原理實現寬譜超熒光輸出，與其它寬譜光源相比，具有如下優點：

1.輸出功率高，通常大于10?mW；

2.光源譜寬大，大于25?nm；

3.平均波長穩定性好，比SLD低1~2個數量級，通常為1~10?ppm/℃；

4.輸出耦合效率高；

5.成本較低。

因此，在光纖陀螺等傳感系統中，采用超熒光摻鉺光纖光源代替半導體SLD光源是更好的選擇。但對零漂低于0.01°/h，全溫范圍內標度穩定性小于10?ppm的高精度光纖陀螺而言，要求光源的平均波長穩定性在全溫范圍內小于10?ppm，即光源的平均波長穩定性需達到0.1?ppm/℃這一數量級，普通超熒光摻鉺光纖光源本身的平均波長隨溫度變化的穩定性仍然較難達到該指標。

為了進一步改善超熒光摻鉺光纖光源的平均波長穩定性，使其能夠應用于高精度干涉型光纖陀螺或其它干涉型傳感器，人們提出了一些提高超熒光光源的平均波長穩定性的方法。專利號為200710177485.1的專利《具有平均波長穩定性的寬譜光纖光源》公開了一種利用啁啾光纖光柵，將超熒光光源的平均波長從3~10?ppm/℃降低至0.1~0.5?ppm/℃的方法。H.?J.?Patrick等人在論文《Erbium-doped?superfluorescent?fibre?source?with?long-period?fibre?grating?wavelength?stabilisation》中提出利用長周期光纖光柵光譜的中心波長隨溫度上升而增大的特性，對超熒光光源的隨溫度變化近似線性遞增的平均波長曲線進行補償，將平均波長的溫度系數從6.2?ppm/℃降低至0.05?ppm/℃（經過線性擬合）。但是當超熒光光源的平均波長溫度響應曲線為非近似線性時，如拋物線型響應，則該方法將無法獲得較好的補償效果。A.?Wang等人在論文《High-Stability?Er-Doped?Superfluorescent?Fiber?Source?Incorporating?Photonic?Bandgap?Fiber》中提出利用光子帶隙光纖和雙金屬片制作一個帶溫度補償的濾波器，實現對平均波長溫度響應曲線為拋物線型的超熒光光源進行補償，將平均波長變化從1?ppm/℃降低至0.1?ppm/℃，降低一個數量級。由于光子帶隙光纖和雙金屬片均需要特殊設計，該方法顯得相對復雜。

由于作為核心部件的超熒光光纖光源的平均波長穩定性直接決定了高精度光纖陀螺標度因子的穩定性，因此超熒光光纖光源的平均波長穩定性問題一直以來都是研究的重點。目前，人們已經從光源結構、偏振控制、光柵濾波補償等不同方面研究了超熒光光纖光源的平均波長穩定性，但對溫度范圍，實現較高的平均波長穩定性仍不是個簡單的問題。

發明內容