一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法与流程

1.本发明涉及光纤测试领域，具体涉及适用于大芯径的特种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法。

背景技术：

2.无源传输光纤可作为激光器的输出尾纤、高功率泵浦合束器的尾纤等，具备高功率激光传输功能，在武器装备、工业加工领域应用广泛。无源传输光纤虽然能传输高功率，但在一定使用长度下会产生严重的非线性效应，主要包括受激布里渊散射(sbs)、受激拉曼散射(srs)以及模式不稳定(tmi)，这些非线性效应极大阻碍了激光合束及最终高功率激光合束功率的提升，在高能激光传输系统中，sbs表现得最为明显。
3.布里渊增益系数是无源传输光纤的一个关键测试指标，可以便于直观地反馈不同工艺制作的光纤的sbs效果，增益系数越小，sbs越弱；增益系数越大，sbs则越强。现有技术中大都采用测量受激布里渊散射阈值的方法来间接求出布里渊增益系数，阈值越高，增益系数越小；阈值越低，增益系数越高。
4.现有技术的受激布里渊散射阈值测试方法一般采用普通高功率激光器加耦合器组成测试光路，这种测试光路适用于小芯径的通信光纤，小芯径的通信光纤的纤芯直径一般在10微米以下，传输功率一般在毫瓦量级。现有技术中的测试光路由于很难达到大芯径无源光纤受激布里渊散射阈值测试需要的高功率的注入光，而且采用耦合器会因光路分路造成光功率损耗，会带来测量不准确的问题，因而无法直接用于大芯径(50微米)、高功率(几十瓦)无源光纤的布里渊增益系数的测试。
5.所以，急需研究开发可适用于大芯径的特种无源传输光纤的布里渊增益系数的测试方法，填补国内大芯径无源光纤布里渊增益系数测试方法的空白。

技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，提供一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，可以适用于大芯径的特种无源传输光纤的布里渊增益系数测试。
7.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
8.一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，其特征在于：
9.使用光源1稳定输出激光至带有三个端口的环行器3的第一端口，所述环行器3的第二端口与待测光纤4熔接相连，所述环行器3的其他端口的光纤都采用与待测光纤4同类型的无源光纤，待测光纤4的输出端通过斜4
°
～12
°
角输出,可以保证光纤功率输出时端面反射光的强度最低；使用光功率计在环行器3的第三端口以及待测光纤4输出端分别测得回返光功率以及输出光功率；当回返光功率等于1％待测光纤前端的注入光的入纤功率时，此时的待测光纤4前端的注入光的入纤功率就是待测光纤4的sbs阈值。
10.再根据以下公式可以推导出待测光纤4的布里渊增益系数：
[0011][0012]
式中，a
eff
是待测光纤的有效面积，gb是需要推导得出的布里渊增益系数，l
eff
是待测光纤的有效长度，p
th
是测量得到的光纤的sbs阈值。
[0013]
所述测试方法采用以下步骤得到待测光纤前端的注入光的入纤功率：
[0014]
在未连接待测光纤4时，在环行器3的第二端口熔接一小段与待测光纤4同类型的无源光纤，测试不同光源功率下环行器3的第二端口的输出功率，此功率就是连接待测光纤4后的入纤功率，从而可以得到光源功率与入纤功率的对应数据表。
[0015]
优选的，所述光源1通过模式匹配器2接入环行器3的第一端口。
[0016]
优选的，所述测试方法采用的光源1为单频激光器。
[0017]
优选的，待测光纤4的输出端通过斜8
°
角输出。
[0018]
本发明对比现有技术有如下的有益效果：
[0019]
1、本发明的测试方法适用于大芯径的特种无源传输光纤的布里渊增益系数的测试，填补了空白。
[0020]
2、本发明的测试方法采用的光源是单频激光器，可以显著降低对光源出光功率的要求，在较低功率下激发待测光纤布里渊非线性效应，降低试验难度，提高安全性。
[0021]
3、本发明的测试方法采用基于环行器耦合方式的布里渊增益系数测试光路设计，相较于传统采用耦合器的光路设计，采用环行器光路设计能避免因光路分路造成的光功率损耗，最大程度接收微弱的背向散射光，提高测试准确性。
附图说明
[0022]
图1.本发明一较佳实施例所采用的测试光路图
[0023]
附图标记说明：
[0024]
1：光源
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2：模式匹配器
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3：环行器
[0025]
4：待测光纤
ꢀꢀ
5：小量程光功率计
ꢀꢀꢀ
6：大量程光功率计
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027]
本发明的设计思路是通过搭建sbs阈值测试系统先测出光纤的sbs阈值，进而根据公式推算出光纤的布里渊增益系数。
[0028]
结合参见图1，光源1与环行器3的第一端口之间通过模式匹配器2相连接，从而降低因光源1输出尾纤与待测光纤4在尺寸上的差异造成的模式不稳定现象；环行器3的第二端口与待测光纤4输入端熔接相连；使用小量程光功率计5在环行器3的第三端口测得回返光功率，使用大量程光功率计6在待测光纤4输出端测得输出光功率；当回返光功率等于1％待测光纤前端的注入光的入纤功率时，此时的待测光纤4前端的注入光的入纤功率就是待测光纤的sbs阈值。
[0029]
因为在光路中无法单独测试注入臂的功率，这就导致不能直接测得注入光的入纤功率，考虑到：光路中用到的光纤都是无源光纤，本底损耗很小；同时模式匹配器2和环行器3的插入损耗都在0.8db以内，虽然整个光路的损耗不大，但是对于该测试系统而言，光源1
功率最大只有50w，如果将光源1的输出功率当作待测光纤的注入光的入纤功率，测得的阈值比实际的偏大，计算的布里渊增益系数偏小，这些损耗对于测试结果的误差是巨大的，这就影响了实验指标的正确测试。
[0030]
为了去除这些损耗带来的影响，在未连接待测光纤4时，需要对光源的输出功率以及待测光纤的注入光的入纤功率进行校准，得到光源功率和入纤功率的数据对应表。在校准入纤功率时，需要在环行器3的第二端口熔接一小段与待测光纤4同类型的无源光纤，可以避免熔点损耗带来的影响，从而得到不同光源功率下待测光纤4的入纤功率。后续试验不需要重复这一步骤。
[0031]
由布里渊增益系数计算公式可以看出，sbs阈值的大小与激光器的线宽有关，线宽越窄，sbs阈值越低，越容易发生sbs效应，所需的测试光纤就越短。
[0032]
光纤中的sbs阈值计算公式如下：
[0033][0034]
式中a
eff
是光纤有效面积，gb是布里渊增益系数，l
eff
是有效长度，δv
p
为泵浦激光谱宽，avb为布里渊增益谱宽。通过测量sbs阈值，可以得到光纤的布里渊增益系数。
[0035]
l
eff
可以用公式表示：
[0036][0037]
其中，α为光纤的损耗，l为光纤的长度。
[0038]
当泵源线宽足够窄，且注入功率较高时，阈值计算公式可以简化成：
[0039][0040]
式中，a
eff
是待测光纤的有效面积，gb是需要推导得出的布里渊增益系数，l
eff
是待测光纤的有效长度，p
th
是测量得到的光纤的sbs阈值。
[0041]
通过以上简化公式，测量光纤的sbs阈值，进而推算出光纤的sbs增益系数的方法简单有效，适用于在实验设计中确定传输光纤的sbs阈值，光纤的有效长度和有效面积都可以计算得到，将其数值带入sbs阈值计算公式可以反推出光纤的布里渊增益系数。
[0042]
具体实施例为：
[0043]
光源1选择50w的1064nm单频激光器。选择20/130光纤作为激光器的输出尾纤和模式匹配器2的输入光纤。激光器输出的激光经过20/130-50/400的模式匹配器2与环行器3的第一端口熔接相连，环行器3的三个端口光纤都是50/400的无源光纤，环行器3的第二端口与待测光纤4熔接相连，待测光纤的输出端通过斜8
°
角输出。使用光功率计在环行器3的第三端口以及待测光纤4输出端可以分别测得回返光功率以及输出光功率。
[0044]
激光器的中心波长是1064nm，工作方式采用连续输出模式，最高输出功率为50w，激光功率稳定性小于2％，光谱线宽小于20khz，输出光纤的规格是20/130。模式匹配器的中心波长是1064nm，输入端光纤的规格是20/130，输出端光纤的规格是50/400，插入损耗小于0.8db，承受功率大于100w。环行器的中心波长是1064nm，环行器三个端口光纤的规格都是50/400，隔离度大于30db，插入损耗小于0.8db，承受功率大于100w。
[0045]
具体的实施步骤主要包括：
[0046]
(1)开启光源，预热10分钟以上；
[0047]
(2)将被测光纤4的任意一端与环行器3的第二端口相熔接；
[0048]
(3)逐步增加光源1的功率，记录每次的入纤功率p
0,i
(i＝1,2,3
…
)；
[0049]
(4)记录小量程功率计5的读数p
1,i
(i＝1,2,3
…
)，即为回返光功率；
[0050]
(5)当p
1,i
≥1％p
0,i
(i＝1,2,3
…
)时，停止增加光源1的功率，记此时的入纤功率p
0,i
为被测光纤的sbs阈值p
th
。
[0051]
(6)根据阈值计算公式算得被测光纤的布里渊增益系数gb。
[0052]
以上所述实施例的实施方式仅用来说明本发明，而并非对本发明的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员，在不脱离本发明揭露的技术范围内，可做出各种各样的变型、变化或替换，因此所有等同类似的技术方法都应涵盖在本发明的专利保护范围之内。

技术特征：

1.一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，其特征在于：使用光源(1)稳定输出激光至带有三个端口的环行器(3)的第一端口，所述环行器(3)的第二端口与待测光纤(4)熔接相连，所述环行器(3)的其他端口的光纤都采用与待测光纤(4)同类型的无源光纤，待测光纤(4)的输出端通过斜4
°
～12
°
角输出；使用光功率计在环行器(3)的第三端口以及待测光纤(4)输出端分别测得回返光功率以及输出光功率；当回返光功率等于1％待测光纤前端的注入光的入纤功率时，此时的待测光纤(4)前端的注入光的入纤功率就是待测光纤(4)的sbs阈值。再根据以下公式可以推导出待测光纤(4)的布里渊增益系数：式中，a
eff
是待测光纤的有效面积，g
b
是需要推导得出的布里渊增益系数，l
eff
是待测光纤的有效长度，p
th
是测量得到的光纤的sbs阈值。2.根据权利要求1所述的一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，其特征在于：所述测试方法采用以下步骤得到待测光纤前端的注入光的入纤功率：在未连接待测光纤(4)时，在环行器(3)的第二端口熔接一小段与待测光纤(4)同类型的无源光纤，测试不同光源功率下环行器(3)的第二端口的输出功率，此功率就是连接待测光纤(4)后的入纤功率，从而可以得到光源功率与入纤功率的对应数据表。3.根据权利要求1或2所述的一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，其特征在于：所述光源(1)通过模式匹配器(2)接入环行器(3)的第一端口。4.根据权利要求3所述的一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，其特征在于：所述测试方法采用的光源(1)为单频激光器。5.根据权利要求4所述的一种无源传输光纤的受激布里渊散射增益系数测试方法，其特征在于：待测光纤(4)的输出端通过斜8
°
角输出。

技术总结

本发明涉及光纤测试领域。所要解决的技术问题是提供一种可以适用于大芯径的特种无源传输光纤受激布里渊散射增益系数测试方法。本发明使用光源稳定输出激光至带有三个端口的环行器的第一端口，所述环行器的第二端口与待测光纤熔接相连，所述环行器的其他端口的光纤都采用与待测光纤同类型的无源光纤；使用光功率计在环行器的第三端口以及待测光纤输出端分别测得回返光功率以及输出光功率；当回返光功率等于1％待测光纤前端的注入光的入纤功率时，此时的待测光纤前端的注入光的入纤功率就是待测光纤的SBS阈值。再根据公式可以推导出待测光纤的布里渊增益系数：本发明的测试方法适用于大芯径的特种无源传输光纤，填补了空白。白。白。