一種實現摻鉺光纖光源平均波長全溫穩定的方法
【技術領域】
[0001] 本發明應用于光纖陀螺領域，特別地涉及一種光纖陀螺用摻鉺光纖光源的平均波 長全溫穩定的方法。
【背景技術】
[0002] 高精度光纖陀螺用光源要求具有較高的穩定的尾纖輸出光功率以獲得具有較高 信噪比的干涉信號，穩定的平均波長穩定性以實現標度因數的穩定性，近高斯型的光滑光 譜以減小寄生干涉等。然而當前摻鉺光纖光源的研宄仍然存在諸多待解決的問題：首選是 未經優化的光纖光源的鉺纖本征溫度穩定性較差，怎樣得到具有全溫范圍內高平均波長穩 定性的光源是目前摻鉺光纖光源的重點和難點。其次摻鉺光纖光源輸出光譜一般是具有 1530nm和1560nm波段的雙峰譜型，如何通過光學參數的設計以及適當的光譜濾波技術得 到具有較小紋波的穩定近高斯光譜也是光源目前重點需要解決的問題。
[0003] 影響摻鉺光纖光源的平均波長穩定性的因素主要是泵浦源（包括泵浦波長、泵浦 功率、泵浦光偏振態）、信號光反饋和鉺纖溫度。光纖光源早期的研宄重點都是泵浦源（包 括泵浦波長、泵浦功率、泵浦光偏振態）、信號光反饋對平均波長穩定性的影響。通過對泵 浦源進行溫度和驅動電流的控制，使用光纖光柵穩定泵浦波長，并選擇合適的光源結構和 鉺纖長度，使用隔離器，在常溫下光源平均波長的穩定性已經能夠達到lppm量級。然而鉺 纖溫度變化對光源平均波長穩定性的影響至今是一個尚未解決的難點，也是最難解決的問 題。
[0004] 鉺纖本征溫度系數不僅與鉺纖本身特性有關，也與鉺纖長度、泵浦功率和光源結 構等光源參數有關。沒有經過優化的鉺纖本征溫度系數一般在-3~+10ppm/°c左右。在高 精度光纖陀螺的某些實際應用中溫度變化超過100°C，即使只有lppm/°C的本征溫度系數 也會在全溫范圍內帶來lOOppm的平均波長變化。因此鉺纖溫度對摻鉺光纖光源平均波長 的影響最大，也最難控制，需要對摻鉺光纖光源的結構參量進行優化或者采用其他的溫度 控制及補償技術，這是摻鉺光纖光源的研宄重難點。
[0005] 減小鉺纖本征溫度系數的技術方案主要是使用各種濾波器進行補償、采用多級結 構、采用新型的摻鉺光子晶體光纖技術以及對光源進行溫度控制與補償等技術手段。分析 表明，鉺纖本征溫度特性變差主要是由于光源輸出的雙峰光譜之間的競爭導致的，若通過 技術手段消除光源雙峰光譜中的一個峰，得到單峰輸出光譜，再進行光源結構參量優化，則 可以得到具有高平均波長穩定性的單峰輸出光譜。在單程后向結構光源輸出端接一段無 源摻鉺光纖，便是這樣一種技術手段，但這種光源即使經過優化，本征溫度系數仍然有~ lppm/°C，在全溫范圍內平均波長的變化要小于lOppm也比較困難。
【發明內容】
[0006] 為了解決當前光纖陀螺用摻鉺光纖光源研宄中存在的問題，本發明旨在提供一種 實現摻鉺光纖光源平均波長全溫穩定的方法，即一種基于鉺纖濾波器溫度控制的平均波長 全溫穩定方法。
[0007] 本發明平均波長全溫穩定方法基于如下理論：一種單程后向結構光源輸出端接一 段無源摻鉺光纖，其中單程后向光路中的摻鉺光纖為增益鉺纖，無源摻鉺光纖為鉺纖濾波 器。研宄表明，這種光路結構的光源，其輸出平均波長隨環境溫度的變化而呈拋物線型變 化，但是當對增益鉺纖和鉺纖濾波器分別進行溫度控制時，研宄發現光源輸出平均波長隨 增益鉺纖的溫度變化而呈正相關變化，隨鉺纖濾波器的溫度變化而呈負相關變化。因此當 環境溫度變化時，可以根據增益鉺纖溫度的變化情況，對鉺纖濾波器進行溫度控制以消除 環境溫度變化造成的平均波長不穩定性。
[0008] 本發明一種基于鉺纖濾波器溫度控制的平均波長全溫穩定方法，包括以下步驟：
[0009] (1)在單程后向結構摻鉺光纖光源的輸出端口接一段無源摻鉺光纖作為鉺纖濾波 器，在無源摻鉺光纖的輸出端接光隔離器；在一固定泵浦功率條件下，將光源中的增益鉺纖 及鉺纖濾波器分別放置在各自溫箱內，在-40°c~+60°C的溫度范圍內，測量增益光纖和鉺 纖濾波器分別在各自不同溫度點時，光隔離器輸出端的光源輸出平均波長；
[0010] (2)在鉺纖濾波器的每個溫度點上對光源輸出平均波長隨增益鉺纖溫度變化進 行正相關擬合，得到一簇正相關擬合曲線；在增益光纖的每個溫度點上對平均波長隨鉺纖 濾波器溫度T/變化進行負相關擬合，得到一簇負相關擬合曲線；通過兩簇擬合曲線建立光 源平均波長隨溫度變化的擬合模型；
[0011] (3)將鉺纖濾波器置于溫度控制裝置內進行溫度控制，光源其他部件置于外部環 境中，第一溫度探測器探測增益鉺纖的溫度，第二溫度探測器探測鉺纖濾波器的溫度T 2;
[0012] (4)根據步驟2建立得到的擬合模型，通過溫度控制裝置實時反饋調節鉺纖濾波 器溫度，以此補償環境溫度變化造成的光源平均波長變化，從而實現光纖光源平均波長的 全溫穩定。
[0013] 進一步地，所述步驟2中，所述擬合模型的公式如下：
【主權項】
1. 一種實現摻鉺光纖光源平均波長全溫穩定的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在單程后向結構摻鉺光纖光源的輸出端口接一段無源摻鉺光纖作為鉺纖濾波器 (4)，在無源摻鉺光纖的輸出端接光隔離器（5);在一固定泵浦功率條件下，將光源中的增 益鉺纖（1)及鉺纖濾波器（4)分別放置在各自溫箱內，在-40°C~+60°C的溫度范圍內，測 量增益光纖（1)和鉺纖濾波器（4)分別在各自不同溫度點時，光隔離器（5)輸出端的光源 輸出平均波長； (2) 在鉺纖濾波器（4)的每個溫度點上對光源輸出平均波長隨增益鉺纖（1)溫度T/變 化進行正相關擬合，得到一簇正相關擬合曲線；在增益光纖（1)的每個溫度點上對平均波 長隨鉺纖濾波器溫度T/變化進行負相關擬合，得到一簇負相關擬合曲線；通過兩簇擬合曲 線建立光源平均波長隨溫度變化的擬合模型； (3) 將鉺纖濾波器（4)置于溫度控制裝置（8)內進行溫度控制，光源其他部件置于外部 環境中，第一溫度探測器（6)探測增益鉺纖（1)的溫度T 1，第二溫度探測器（7)探測鉺纖濾 波器⑷的溫度T2; (4) 根據步驟2建立得到的擬合模型，通過溫度控制裝置（8)實時反饋調節鉺纖濾波器 (4)溫度，以此補償環境溫度變化造成的光源平均波長變化，從而實現光纖光源平均波長的 全溫穩定。
2. 根據權利要求1所述實現摻鉺光纖光源平均波長全溫穩定的方法，其特征在于，所 述步驟2中，所述擬合模型的公式如下：
其中，λ表示光源輸出平均波長，T1為增益鉺纖溫度，T2為鉺纖濾波器溫度，
為模型系數，K由步驟1測得的數據進行最小二乘法擬合得到。
【專利摘要】本發明公開了一種實現摻鉺光纖光源平均波長全溫穩定的方法，該方法首先在全溫度范圍內測量平均波長分別隨增益鉺纖溫度的變化及鉺纖濾波器溫度的變化數據值；其次建立光源平均波長隨增益鉺纖溫度和鉺纖濾波器溫度變化的擬合模型；再次將鉺纖濾波器置于溫控裝置內進行溫度控制，光源其他部件置于環境中，溫度傳感器探測增益鉺纖溫度和鉺纖濾波器溫度；最后由溫度傳感器探測溫度值，根據擬合模型，通過溫控裝置實時反饋調節鉺纖濾波器溫度，以補償環境溫度變化造成的光源平均波長變化，從而實現光纖光源平均波長的全溫穩定。本發明方法光源結構參量的優化可以靈活設計，溫度控制裝置溫控精度要求較低，能實現光源在全溫范圍內的高平均波長穩定性。
【IPC分類】H01S3-13
【公開號】CN104659646
【申請號】CN201510066367
【發明人】黃騰超, 洪波, 賀青, 舒曉武, 車雙良, 劉承
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月9日