用于測試雙包層增益光纖泵浦吸收系數的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光纖激光器領域，涉及增益光纖對栗浦光吸收特性的測試方法，尤其涉及一種用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法。
【背景技術】
[0002]與一般的激光器相比，光纖激光器在光束質量、體積、重量、效率、散熱等方面均有明顯優勢，已經成為激光器領域最熱門的研究方向之一。早期的光纖激光器中常采用單包層增益光纖，其栗浦光和信號光均在纖芯中傳輸，由于纖芯的直徑和數值孔徑均很小，這使得注入增益光纖的栗浦光總功率受到限制，制約了光纖激光器的功率提升。雙包層增益光纖的結構包括纖芯、內包層和外包層，其特點是栗浦光在其內包層中傳輸，而信號光仍在纖芯中傳輸。栗浦光在內包層傳輸的過程中會不斷經過纖芯，進而被纖芯中的摻雜粒子吸收并轉換為信號激光。由于雙包層光纖的內包層直徑和數值孔徑遠大于纖芯的直徑和數值孔徑，大幅度降低了對栗浦光數值孔徑的要求，使得耦合進入增益光纖的栗浦光功率大幅度提升，進而提高光纖激光器的輸出功率。
[0003]測試雙包層光纖的栗浦吸收系數，對于光纖拉制工藝、光纖激光器的搭建和非線性效應的抑制有重要的意義。目前已有的雙包層光纖栗浦吸收測試方法有國標GB-T15972.40-2008、申請號為CN201010226491.3的中國專利文獻等，該專利文獻的基本思路是選取較長的待測光纖(3m?10m)，改變增益光纖的長度，測得剩余栗浦光的功率差值或光譜差值，并據此計算出光纖的栗浦吸收系數。
[0004]然而較長的增益光纖會導致模式擾動現象，即由于光纖本身的應力和溫度等狀態，導致吸收系數在沿光纖傳輸方向呈不穩定性，測試結果的誤差隨光纖長度的增長變大，尤其對于吸收截面較大的波長，這種現象更為明顯，因此，上述文獻中的方法均不能直接測試出吸收截面較大的波長對應的栗浦吸收系數。而另一方面，采用吸收截面較大的波長栗浦增益光纖，可以有效縮短增益光纖的長度，抑制非線性效應，對于實現高功率激光輸出具有重要意義。例如，摻鐿光纖在976nm處的吸收系數很大，在搭建高功率光纖激光器時，米用976nm栗浦可以更好的抑制非線性效應，然而這些方法卻不能給出增益光纖在976nm處的吸收系數。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可消除由于模式擾動帶來的測試結果不穩定、大幅提高測試結果準確度和精度、有效抑制放大自發輻射的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
[0007]一種用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法，包括以下步驟:
[0008](I)選取初始長度LqS 2m的待測雙包層增益光纖，先將所述待測雙包層增益光纖與一傳能光纖熔接，所述傳能光纖為雙包層光纖，然后將栗浦光源耦合進入所述傳能光纖的內包層中，向所述待測雙包層增益光纖進行傳輸；
[0009](2)自所述待測雙包層增益光纖的輸出端向所述傳能光纖方向進行切割，切割位置位于所述待測雙包層增益光纖上，切斷的光纖長度為1cm?20cm，切斷后，將所得待測雙包層增益光纖的輸出端通過裸纖適配器與光譜儀連接，測試待測雙包層增益光纖的長度為L1時的輸出光功率譜，即不同波長的栗浦光對應的輸出功率，設為輸出功率組P 1；
[0010](3)重復步驟(2)，設切割總數為N(包括第一次)，取N多7次，得到待測雙包層增益光纖長度分別為L2、L3……Ln時不同波長的栗浦光對應的輸出功率，記為輸出功率組P 2、Pa......Pn;
[0011](4)從上述獲得的輸出功率組ΡρΡ2、Ρ3……Pn中找出待測波長的栗浦光的輸出功率，即對應待測波長的剩余栗浦光功率，統計剩余栗浦光功率與待測雙包層增益光纖長度的變化規律，采用線性擬合法得出對應待測波長的栗浦光吸收系數，即為待測雙包層增益光纖對該待測波長的光的栗浦吸收系數。
[0012]上述的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法中，優選的，所述待測雙包層增益光纖的初始長度L。為:1m彡LqS 2m。
[0013]上述的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法中，更優選的，所述待測雙包層增益光纖的初始長度L。為:1m彡L。彡1.5m。
[0014]上述的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法中，優選的，所述栗浦光源為寬譜栗浦光源，所述寬譜栗浦光源的譜寬至少覆蓋所述待測雙包層增益光纖的增益吸收區，且所述寬譜栗浦光源的光譜功率密度不超過I yW/nm。
[0015]上述的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法中，優選的，所述栗浦光源在耦合進入所述傳能光纖內包層時的數值孔徑不小于所述傳能光纖內包層的數值孔徑。
[0016]上述的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法中，優選的，所述傳能光纖的纖芯直徑、纖芯數值孔徑、內包層外徑、內包層數值孔徑與所述待測雙包層增益光纖的纖芯直徑、纖芯數值孔徑、內包層外徑、內包層數值孔徑對應相等。
[0017]本發明的方法中，待測雙包層增益光纖的結構包括纖芯、內包層和外包層，其中摻雜區域位于纖芯內，傳能光纖與待測雙包層增益光纖的區別僅在于傳能光纖的纖芯中未摻雜增益離子。
[0018]本發明的方法中，在待測雙包層增益光纖中，栗浦光在其內包層中傳輸，信號光在纖芯傳輸。
[0019]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0020]1.本發明所用待測光纖的初始總長度彡2m，相比現有技術的3m?10m，大幅度減少了栗浦光在光纖中的傳輸距離，可以消除由于模式擾動帶來的測試結果不穩定，大幅度提高了測試結果的準確度，特別是可以用于測試吸收截面較大的波長所對應的吸收系數，這對于搭建高功率光纖激光器具有重要意義。
[0021]2.本發明采用多次截斷的方法，獲得多組輸出光譜和對應的增益光纖長度，統計特定波長剩余栗浦光與增益光纖長度的變化規律，用線性擬合法得出該波長的栗浦吸收系數，可以進一步提高測試結果的精度。
[0022]3.本發明采用的寬譜光源其光譜功率密度不超過I μ W/nm，這樣可以有效地抑制放大的自發輻射(ASE)效應，消除ASE效應對光纖測試結果的影響，提高測試結果的可信度。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例中測試系統的結構示意圖。
[0024]圖2為本發明實施例1中雙包層增益光纖的吸收測試結果。
[0025]圖3為本發明實施例2中剩余栗浦光功率與雙包層增益光纖長度的關系。
[0026]圖例說明:
[0027]1、寬譜光源尾纖；2、第一透鏡；3、第二透鏡；4、傳能光纖；5、熔接點；6、待測雙包層增益光纖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
[0029]以下實施例中所采用的材料和儀器均為市售。
[0030]—種本發明的用于測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的方法，包括以下步驟:
[0031]1、栗浦光數值孔徑變換系統的組建與調整步驟(通常采用該方法組建測試系統，但并不限于此)
[0032]本發明采用帶光纖尾纖輸出的寬譜光源作為栗浦光源，通常情況下光源的輸出尾纖的數值孔徑與待測雙包層增益光纖不同，需要通過如圖1所示的雙透鏡系統變換栗浦光的數值孔徑，使得在栗浦光耦合進入傳能光纖4時其數值孔徑不小于傳能光纖4內包層的數值孔徑。首先將寬譜光源尾纖I (即寬譜光源的輸出光纖)的輸出端放在第一透鏡2的焦點上，調整第一透鏡2與寬譜光源尾纖I的位置使得輸出光束準直；然后調整第二透鏡3使得準直光束的光軸與第二透鏡3的主軸重合，第二透鏡3將使得準直光束匯聚；接著將傳能光纖4的一端切平角，并將其中用五維調節支架夾持，將另一端也切平角，并用功率計監測輸出功率，調整光纖的空間位置以及俯仰、搖擺使得輸出功率最大，這時調整完成。其中第一透鏡和第二透鏡的焦距匕和￡2應滿足如下關系:
[0033]tan (arcsin (NA1)) tan (arcsin (NA 2)) f2
[0034]其中NAjP NA2分別代表寬譜光源尾纖的數值孔徑和傳能光纖內包層的數值孔徑。
[0035]2、測試雙包層增益光纖栗浦吸收系數的步驟:
[0036](I)選取初始長度為L。的待測雙包層增益光纖6，L0^ 2m (優選Im?2m，更優選Im?1.5m)，將待測雙包層增益光纖6的一端與傳能