相移法测量单模光纤色散的实验研究陈摘国要庆本文介绍了单模光纤色散测量的相移法实验研究情况及取得的初步结果采用刁只复石盖单模光纤零色散波长的作光源测量波长范围可达。由于以单色仪作波长选择器以上给系统信噪比的提高带来很大的困难但目前在 的中心波长处己经达到波长分辩率保持最后还给出几根单模光纤实侧数据及曲线作为初步的结果其测量重复性是令人满意的长而异的时延差,从而决定色散这类方法,,引言,由于单模光纤本身周有特性所决定色对,的特点是光平高,可望达到较高的动态范围例如大于但由于受脉宽的限制恍,时间分辫率不够高特如。激光系骊其一些参数进行测量的技术要求比较高,统脉宽约为般几十,日,典型的为几百系统较好些此外散测量就是其中之一首先是入纤功率很小一般约在一,而测量往往要求达甸一,还有时间抖动间题法以最终对频域量,脉宽一另一类被称作为频域法这类方定的动态范围其次色散量在零色散波长区,域很小通常在零点几到儿个微微秒幻单,名其中有以匆和作光源两种—相位进行测量而得,它是位纤长单位光源谱宽这就要求测量系统具备良好的时间分辩率国外在这方,采用高频的基带信号来调制或需要用几个不同波长的 由于其宽面的研究很活跃方法很多给国内提种研容供了很好的参考,,光谱特性而只需附加一个波长选择器如单色仪或一组滤光片这些不同波长的正弦信号注入光纤后由于其色散特性而产生相位差,二、国外发展概况由此即可推得色散这种所谓的频域方,法的突出优点就是时间分辫率极高一的矢量分析仪以通常国外的研究成果较为典型的有两类碑度的相位分排率来计算,类被称作为时域法这类方法实际是早期多,在调制频率下。时间分辩率可达,模光纤带宽侧量的脉冲展宽法的延伸同方法其中微微秒若调制频率升高至朴则有用固体激光器作光源和用作光源的不前者采用锁模调的,可达,采用的系统光平也可做得很,,高获得很大的动态范围如年日本,激光激励一段所谓的喇曼单模光纤由于受激,的研究人员报导了动态范围可达以上的系统,,光曲资的喇曼散射效应在这段单模光纤中产生相对以但不足的是测量点受于原激励波长而红移的多条斯托克斯线个数限制而不能取得足够多采用,此作为新的光源注入被测光纤后者是采用短脉冲调制几个处于感兴趣菠长区域的不同波长系统光平较低系统的信噪比不易提高国外目前也只做到光动态范围利的是如,而有依次注入被测光纤,以此得到随波覆盖了零色散点甚至只需一一一只就能完成多点测量相移法测量光纤色散最早可追溯到简单而受到人们的关注采用毛作光源的相移法在我国应说更是一种合适的选择这年由加拿大通信研究中心的,赫里票介绍的就是这种方法的实验情况并给出实验结果等人提出的实验报导当时就采用 作光源林,调制频率为,千涉滤光片作,波长选择器所测的是多模光纤他们在,波长处,改变激励条件,测得了三、工作原理和的色散据根据色散的定义有以下表达式。、,此分析了波导色散对材料色散的补偿作用等导随后是年等人的报入粤弓人,,提出了采用光参量振荡器作光源对单模光参量振荡器的波长式中为光纤长度叮劝为长度光纤对不同波长入信号的时延,光纤实施测量的系统调制频率覆盖范围为一石林,测量结果与理论计算结果达封良好的当光源采用频率为的高频正弦波调制则由光纤时延式劝引起的相移就由下式表达而一致年意大利电信中心研究实验室的等人用作光源的甲入,入“盏了了入、相移法系统进行了完整的试验最初由于系,就是本方法可直接从矢量电压表获统信噪比还不足以测量单模光纤所以首次得的相位量甲入对不同的波长札碗…气可甲机从而即可得到对应,,报导是在多模光纤实验基础上发表的不可靠的除非引入多次平均他们测量得到由于光纤色散所产生的不同相移量认为低于电信噪比的测量结果是而他们在甲耘一‘不同波长的时延式幻表达的结果了,为最终获取式所入的脚,波长区域信噪比只在舰电用一个关于波长十二次式以下一“范围色散最大误差劝二从一“护,,通过最小二乘法来拟,为士,林处为士合这些测得的数据由此产生时延式劝的解析式二射噪比在年他们在采用了高效的边发改善了系统信噪比使测量扩展到了,从式称们也可看到对于调制频率艺,中的分辩率为度一般矢量单模光纤后发表了第二篇论文此时系统信,,电压表均可达到则丁的分辩率就是微微“区域及“区域分别达到,秒日电左右和电以上在零色散,波长区域色散最大误差,士四、实验装置所示随着器件的不断改进到年他们在使用了边发射单模尾纤后使系统的信噪比,本实验装置如图由一频率为又有了明显的提高“,由此在第十届欧洲光通的晶振信号源对毛进行基带调信会议上发表了第三篇论文在波长区,那一,这信噪比儿乎均达到,训匡还身位画马,。李就意味着对于单模光纤测量其动态范围达到光左右综观测量单模光纤色散的儿种法,掣的方粤相移法由于其时间分辩率高且系统较为图相移法测量单模光纤色散的装置一一制其尾纤注入被测单模光纤经传输后的光信号被料合进单色仪,,,,实施测量的程序是这样的光纤经端面处理后置入系统出信号最强首先将被测,光信号经波长选择后,仔细调节使输同由光检测每接收并通过一个且的选频放大器放大后再经窄带滤波送至矢量电压表进行相位检测数据输入微型计算机已编依次改变单色仪输出波长,时记录不同波长处相应的相位数据然后截,有处理计算程序进行处理计算结果可显示或打印输出,留一段短光纤约工米重复上述过私所得数据即为主要由 本身产生的相移这必须在原得数据中加以扣除才是被测光纤的相移特性,本装置采用的晶振信号源,频率稳定度,由此得到的一组相位波长数据输入,在室温下达到一了量级直流和交流都能满,足调制要求宽约 微机立即可有所需结果,采角一个可以覆盖,左右的零色散彼长光纤加协半功率谱耳功出在曲线上零色散点色散斜率‘各波长点处的色散值一目了然也可根据需要对感兴—色散曲线的输,行研俐的放大器增益带宽即篮凡由子受器件性能限制,目前调制频率只,单色仪波长分辩率约自趣波长点进行色散的数值输出需要指出的是,,在长短光纤的两次测量中接收光平要调到州致,以减少或消除系统由于不同光平引起相移特性的不一致所带来的测量误差。采用,鉴于调制频率在一定的,箱位,分辩率条件下与时何分挥率的关系假如毛的调制带宽及光接收器的响应允许则提高调制频率无疑会更有利本系统的光波长选择器采用单色仪由于插入损耗大而对系统信噪比有很大影响、所以有人采用滤光片可以使光倩号不致受,,五,、实验结果运用本装置对几根单模光纤实施了试验熟太大的损耗但遗憾的是滤光片带宽太宽,,,性测量结果是令人满意的现将结果均为儿乎达场垃是光栅单色仪的两倍为了保证测量的彼长分辩率护本装置还是采用单色仪协功波长处的色散数值,单位饥幽列于表为了尽可能减少光能量损失,,需要考‘饭曰白叼‘阳虑光纤与单色仪之何的最佳匹配辆合由于系统的接收光平很低,光纤编号一次量值第二次测量值一第三次测盘值据估算在几个毫微瓦量级所以信噪比要达到预定的要求,在很大程度上依赖于放大滤波系统璐匆的良好性能石的输出从离散的测量数据到色散曲线】,一菊一中间需要进行一系列的数学处理及计算,借 !∀#∃%&∋功)一1助于微型什算机是必要的制了有关程序,为此还自行编只需给微机送入测量的原始,称L(~5.60ink)一1一10数据,就能很快获得测量波长区域的色散曲这方km线如果要达到闭环的控制测量形式从测量结果看,面的进一步工作就是建立矢量电压表与微机的联接以及微机对步进电机用于改变单色.32ps最大偏差在0/.最小偏差在0叹那/k平同,时还给出色散曲线图(由微机打印绘出)于图2o,矛仪输出波长的控制一份一滤光片的J入二10nul提高了一倍)情况下,信噪比达到较高的水平,中心波长处在犯dB以上,而且俞量.点鸡比采用滤光片的系统取年二二弃二牙一一…得多(提高了曲线拟合的精度)相移法以其显而易见的优点有可能取胜于其它方法,COITT已把它列入色散测量的标准方法之一从长远看,只要有合长波长1.适的56林m的LED,即可使测量延伸至门\\之叹要1防“m工作波长的单模光纤而不需重新组二户口口一一一.一二建新的测量装置陈贞鸿同志在86年从事光缆成缆工作入r汉阳前曾参加了课题早期的筹备工作,如联系采(D)仪等曹开仓同志也曾一度是课题组一一购单色成员老尼口战屯乓￡(一.几厂一川习在本实毅研究工作峡乏微机的情况下,户尸尸一尹一口通林光同志为冰人便用其微机提供了方便,特人凉几l~了7一1,口一_致谢l一,多,入护l参考文狱七a图2(a)1*光纤L.r色散曲线(b)2奋光0‘如氏姗tnio王rsoup山一yadopende对onvelengthine5纤1if色散曲线(c)3光纤色散曲线1Phawy.比r‘助1.址t.Vol.28mUltimod诬ca红之etmesa切比me川时,滋v℃加w帕tbdi吕Per污ieninoPtl。公打加rse心iffore六、结束语朋e功eth.址tod《班.e》14〔33“众。mo.昌ure。ee城‘。.孰让t切比苗中”全拍址of单模光纤的研究发展离不开相应的测试L和帅EDmat沁di‘琳rB呈姐i皿‘以df圣lofQE>Q加rsu就户s州..卜15鹅它EEJ如rna0手段,而色散的测量正是其中的一项重要内弱2容特别是色散位移色散平坦单攀光纤的〔4〕如招尽,s址fteteh址quofor切。双堵..U比.功。ntofCrhomatiidseprsionIn51地le一坑oe研制更是需要有效的色散测量。usingLED,s.国内的研究》oyl.d19污脑较为缓慢,本实验研究的初步成功为今后更洲3仁53五宜。.掀icdlopersion功eas姗e-加探入的工作奠定了基础。tni期目吞幻“七fi加rs《i仓thE以兀扮实验结果表明,目.前所达到的指标已使〔6〕主心i叩er咖介拍“s勺比..entof巧okm拍o翻阅成峨efiber《JouranlofLi‘thwaveTee万nol吃y>瞰量具备了一定的可靠性本系统在保持良Vol上T一3好的披长分辩率(单色仪才入簇5班,.m比采用