基于雙重傅里葉變換重建光纖模式的測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種光纖模式測量技術，特別涉及一種基于雙重傅里葉變換法來 重建光纖模式的測量裝置，屬于光纖模式測量領域。
【背景技術】
[0002] 在大模場光纖激光器中，通常通過拉大光纖的有效區域來降低非線性以獲得高功 率輸出；但由于光纖中承載的模式越來越多，這樣降低了輸出激光的穩定性。因而對光纖模 式的測量與分析成為對光纖激光器輸出模式的控制與優化的重要手段之一。同時，光纖模 式的分析和表征在色散補償器、光纖模式轉換器、光通信系統等應用領域也發揮了重要作 用。
[0003] 目前測量光纖模式的方法有邊發射技術、三鏡環形腔法、低相干干涉法等。但邊發 射技術對光纖暴露包層技術的精確度要求高，難度較大；三鏡環形腔法需要精確的光纖對 準，并且對高階模的含量也有要求；而低相干干涉法其實驗裝置復雜，且缺乏強的魯棒性。 為克服這些矛盾，2008年，Nicholson等提出了基于空間和頻譜分辨測量法及其測量裝置， 該方法能夠獲得光纖模式的類型以及其相對功率水平，因此，這就能對光纖激光器的輸出 特性進行全方位綜合研宄，以促進光纖激光器的發展。但實現該方法的裝置需要雙透鏡組 成的放大系統，由于所用透鏡的俯仰角度會導致非平行光束引入的系統誤差，這就需要嚴 格控制透鏡耦合條件。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的正是為克服現有技術中所存在的缺陷和不足，提出一種測量穩 定可靠、結構更簡單的、基于雙重傅里葉變換來重建光纖模式的測量裝置；該測量裝置采用 放大自發輻射光源，入射光經過待測光纖后，只需要經過裝置中的一個透鏡和一個偏振片 就進入光譜測量系統中對光纖模式進行測量；本裝置既不需要復雜光路調節過程，也不需 要依賴嚴格透鏡偶合條件，其結構簡單、且具有很強的魯棒性。
[0005] 為實現本實用新型的上述目的，本實用新型采用以下技術措施構成的技術方案來 實現的。
[0006] 本實用新型基于雙重傅里葉變換重建光纖模式的測量裝置，包括放大自發輻射光 源、待測光纖、傅里葉透鏡、偏振片、空間掃描光譜測量系統；其中，所述空間掃描光譜測量 系統由二維平移臺、單模光纖、光譜分析儀以及計算機系統組成；所述單模光纖一端固定在 二維平移臺上，其另一端連接光譜分析儀，二維平移臺和光譜分析儀均連接計算機系統；按 照光路描述，來自放大自發輻射光源發出的光耦合進入待測光纖后，經過傅里葉透鏡進行 準直，準直光通過偏振片以保證待測光纖模式偏振態的一致性，所述空間掃描光譜測量系 統對待測光纖輸出光斑進行二維掃描，由光譜分析儀獲得光斑上每個點的光譜，最后將測 量結果送入計算機系統進行分析。
[0007] 上述所述方案中，所述傅里葉透鏡為消色差透鏡。
[0008] 上述技術方案中，所述偏振片為格蘭棱鏡，或適用于放大自發輻射光源波長范圍 的偏振片。
[0009] 上述技術方案中，所述二維平移臺的分辨率至少為0. 00025mm
[0010] 上述技術方案中，所述對待測光纖輸出光斑進行二維掃描的點數至少為30X30。
[0011] 上述技術方案中，為能快速測量，并適用于光纖輸入，所述光譜分析儀的分辨率為 0. 02 ~0. 05nm。
[0012] 本實用新型與現有技術相比具有以下特點和有益技術效果：
[0013] 1、本實用新型所公開的基于雙重傅里葉變換法的光纖模式測量裝置，由于裝置中 采用了單個傅里葉透鏡，使得該裝置結構簡單、穩定、調節方便。
[0014] 2、本實用新型所公開的基于雙重傅里葉變換法的光纖模式測量裝置，由于采用了 計算機系統來控制光譜分析儀和二維平移臺，實現了數據采集的自動化，無需人為進行控 制。
[0015] 3、本實用新型所公開的基于雙重傅里葉變換法的光纖模式測量裝置，既不需要復 雜光路調節過程，也不需要依賴嚴格透鏡偶合條件，即可測量出光纖模式的類型以及其相 對功率水平。其結構簡單、且具有很強的魯棒性。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型基于雙傅里葉變換法的光纖模式測量裝置的結構示意圖。
[0017] 圖中，1-放大自發輻射光源、2-待測光纖、3-傅里葉透鏡、4-偏振片、5-空間掃描 光譜測量系統、6-二維平移臺、7-單模光纖、8-光譜分析儀、9-計算機系統。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖并用具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但它僅用于對 本實用新型的一些具體的實施方式的說明，而不應理解為是對本實用新型保護范圍的任何 限定。
[0019] 本實用新型基于雙重傅里葉變換法重建光纖模式的測量裝置，其結構如圖1所 示，包括放大自發輻射光源1、待測光纖2、傅里葉透鏡3、偏振片4、空間掃描光譜測量系統 5 ;所述空間掃描光譜測量系統5由二維平移臺6、單模光纖7、光譜分析儀8以及計算機系 統9組成；按照光路描述，自放大自發輻射光源1發出的光耦合進入待測光纖2后，再通過 傅里葉透鏡3進行準直，準直光通過偏振片4以保證每個光纖模式偏振態的一致性；由于光 纖模式間的不同群時延，待測光纖2中任意兩光纖模式在單模光纖7端點位置（x，y)形成 空間疊加并產生光譜干涉；而該干涉信號經由單模光纖7耦合后被光譜分析儀8記錄下來； 通過二維平移臺6的移動，使用空間掃描測量系統5對待測光纖輸出光斑進行二維掃描，獲 得光斑上每個點的光譜；然后通過計算機系統9對每個點的光譜干涉信號進行傅里葉變換 頻譜分析，在不同相對群時延位置處即可得到不同的光纖模式。
[0020] 本實用新型重建待測光纖高階模的強度分布和相對功率的推導如下：
[0021] 根據光的相干理論，在光纖中傳輸的高階模和基模之間要產生模間干涉，其干涉 光場分布可以由下式表不：
[0022]
[0023] 其中E"和E w分別為高階模和基模的場分布；At_為高階模和基模之間的相對 群時延。所述干涉光場分布經過傅里葉透鏡進行空間傅里葉變換后可以得到空間頻譜分 布：
[0024]
【主權項】
1. 一種基于雙重傅里葉變換重建光纖模式的測量裝置，其特征在于包括放大自發輻射 光源（1)、待測光纖（2)、傅里葉透鏡（3)、偏振片（4)、空間掃描光譜測量系統（5);所述空 間掃描光譜測量系統（5)由二維平移臺（6)、單模光纖（7)、光譜分析儀（8)以及計算機系 統（9)組成；單模光纖（7) -端固定在二維平移臺（6)上，另一端連接光譜分析儀（8)，二 維平移臺（6)和光譜分析儀（8)均連接計算機系統（9);按光路描述，來自放大自發輻射光 源（1)發出的光耦合進入待測光纖（2)后，經傅里葉透鏡（3)進行準直，準直光通過偏振片 (4)以保證待測光纖（2)的模式偏振態的一致性，所述空間掃描光譜測量系統（5)對待測光 纖（2)輸出光斑進行二維掃描，由光譜分析儀（8)獲得光斑上每個點的光譜，最后將測量結 果送入計算機系統（9)進行分析。
2. 根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述傅里葉透鏡（3)為消色差透鏡。
3. 根據權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于所述偏振片（4)為格蘭棱鏡，或適 用于所述放大自發輻射光源（1)波長范圍的偏振片。
4. 根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述二維平移臺（6)的分辨率至少為 0. 00025mm。
5. 根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述對待測光纖（2)輸出光斑進行二 維掃描的點數至少為30X30。
6. 根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述光譜分析儀（8)的分辨率為 0. 02 ~0. 05nm。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于雙重傅里葉變換重建光纖模式的測量裝置。該測量裝置包括放大自發輻射光源、待測光纖、傅里葉透鏡、偏振片以及由單模光纖、二維平移臺、光譜分析儀和計算機系統等構成的空間掃描光譜測量系統。入射光耦合進入待測光纖后，只需再經一個傅里葉透鏡的二維空間傅里葉變換和偏振片就進入空間掃描光譜測量系統中，對待測光纖輸出光斑進行掃描，獲得待測光纖光斑上每個點的光譜，即可對光纖模式進行重建。本測量裝置不需要依賴嚴格透鏡耦合條件，不需要復雜光路調節過程，其結構簡單、且具有很強的魯棒性。
【IPC分類】G01M11-02
【公開號】CN204479273
【申請號】CN201520146409
【發明人】馮國英, 胡麗荔, 董哲良, 周壽桓
【申請人】四川大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月13日