[發明專利]一種新型多模光纖帶寬測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202110683786.1
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113381825B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 鄭祥亮;鄭光金;趙耀;韓正英;高業勝;尚福洲;趙發財
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: H04B17/309
• 分類號: H04B17/309;H04B10/25
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳嵐崴

1.一種新型多模光纖帶寬測量裝置，其特征在于，包括激光器、耦合器、光信號發射系統、光纖纖芯對準系統以及信號檢測系統，其中光信號發射系統又包括單模光纖探針以及精密位移臺，光纖纖芯對準系統包括平行光源、CCD相機、顯微物鏡以及多模光纖，信號檢測系統包括光電探測器和示波器；首先激光器輸出光經耦合器后進入模場直徑為5μm的單模光纖探針中，該單模光纖探針固定在精密位移臺上，在精密位移臺的控制下單模光纖探針從多模光纖軸心的初始位置沿被測多模光纖的徑向移動，每次移動的步進為1μm，直至移動到多模光纖的纖芯邊緣處；在單模光纖探針移動過程中，在不同的偏移位置處輸入激光脈沖信號，從而激勵起不同的光纖模式群，不同模式的光脈沖信號在多模光纖中傳輸的時間是不同的，由光電探測器將光脈沖信號轉換為電信號并顯示在示波器上，調節示波器的時間刻度和觸發時延，通過測量多模光纖的微分模時延來計算被測多模光纖的帶寬值；所述計算被測多模光纖的帶寬值的具體步驟為：假定光源譜寬為高斯形狀的前提條件下，被測光纖輸出波形中每個模式最大幅度的25％的基準面上的脈沖展寬的寬度為ΔT_chrom：

其中δλ為光源的譜寬，D(λ)為被測光纖的色度色散，L為被測光纖的長度；

被測多模光纖輸出端每一個模式的25％幅值全寬ΔT_REF為：

通過以上方法測量得到的模式時延差，ΔT_pulse為光脈沖時間寬度，和被測多模光纖色度色散造成的脈沖展寬寬度ΔT_chrom，在計算光纖時間空間響應的DMD偏移測量值時需要減去ΔT_REF：

U(ρ,t)＝(T_slow-T_fast)-ΔT_REF (3)

由公式(3)測量計算得到光纖時間空間響應的DMD偏移測量值U(ρ,t)；其中T_slow為慢脈沖傳播所需的時間，T_fast為快脈沖傳播所需的時間；需要選取10種不同的標準光源，對每個偏移位置處的DMD值進行測量，然后與相應的權重系數相乘求和，由如公式(4)計算得到光源輸出信號經過光纖后的輸出脈沖為：

P(t)＝∑_ρU(ρ,t)·ω(ρ) (4)

U(ρ,t)為光纖時間空間響應的DMD偏移測量值，ω(ρ)為權重系數；再進行傅里葉變換，由公式(5)得到輸出脈沖的頻率響應函數：

公式(5)中，P(t)為輸出脈沖，R(t)為輸入脈沖，FT表示傅里葉變換，H(f)為頻率響應函數；得到了頻率響應函數后即可按功率輸出輸入比從最大值減少到3dB的頻率范圍求出光纖的帶寬。

2.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述激光器輸出光脈沖的寬度的計算以脈沖最大值的25％為起點和終點，光脈沖的最大寬度由被測光纖的DMD值和光纖長度來決定，所述DMD值是指差分模式時延。

3.如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述光信號發射系統，對應于被測多模光纖的工作波長，光纖探針的輸出模式要求為單模，使用擾模器濾除高階模，并且模場直徑要求為(8.7λ-2.39)±0.5μm，其中λ為被測多模光纖的工作波長。

4.如權利要求3所述的測量裝置，其特征在于，單模光纖探針和被測多模光纖的端面要保持垂直，確保兩個光纖端面之間的夾角不大于1°，并且單模光纖和被測多模光纖端面之間的距離不超過10μm。

5.如權利要求4所述的測量裝置，其特征在于，所述光纖纖芯對準系統，采用側視成像的方法對單模光纖探針與被測多模光纖的纖芯進行對準；平行光源輸出的一束平行光徑向照射光纖，由于光纖的橫截面為圓形，光纖本身等效為一圓柱透鏡，在光纖另一側觀察平面上得到光纖的圖像，通過顯微鏡使觀察平面成像到CCD相機，得到光纖側面的清晰圖像，通過提取光纖的特征圖像，使用圖像處理算法計算兩根光纖纖芯之間的相對位置，根據位置差對單模光纖探針的位置進行調整。