CN110031097A - 一种全光纤高斯型sled光源光谱平坦化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置。针对现有技术中存在的结构复杂，易受外部干扰影响的问题，本发明采用的技术方案包括光纤隔离器、1×2光纤耦合器、光纤环行器、低精细度的非本征光纤法珀腔、光纤衰减器，所述光纤隔离器一端连接SLED光源入射端口，另一端与1×2光纤耦合器的入射端口连接，1×2光纤耦合器的一个出射端口与光纤衰减器的入射端口连接，另一个出射端口与光纤环行器的1端口连接，光纤环行器的端口与非本征光纤法珀腔的尾纤连接，光纤环行器的端口和光纤衰减器的出射端口分别与2×1光纤耦合器的两个入射端口连接，2×1光纤耦合器的出射端口为SLED光源出射端口。
Description
技术领域：
本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置。
背景技术：
超辐射发光二极管(SLED)具有高功率和宽带光谱等优点，在光纤陀螺仪、相干断层扫描等光纤传感***中得到了广泛应用。SLED作为光纤传感解调及测量装置中的光源，其光谱特性直接决定了测量装置的解调精度，物理量测量范围等参数。
尤其在相位解调技术中，光源光谱特性的影响更为显著。其光谱顶部的非平坦化在传感解调技术中会降低解调***的测量的准确性，从而影响解调的精度。例如，在光纤法珀传感器解调***中，一般可采用双峰法及多峰法测量光纤法珀传感器腔长，根据法珀腔的腔长值，从而解调出对应的物理参量，因而，在该解调过程中，峰值位置的精确获取就显得尤为重要。
由于高斯型SLED光谱呈高斯分布，法珀传感器的反射光谱中的峰值位置受光源光谱分布的影响，从而引入了测量误差，直接影响了该***的解调精度。此外，在宽带光子器件的测试和测量过程中，具有平坦光谱的宽带光源更利于器件的性能测试及应用，高斯型光谱光源及其它非平坦化的光源都不能直接应用于测试光源。因而SLED光源光谱的平坦化就显得尤为重要。
目前，光源的光谱平坦化装置主要采用基于声光可调谐滤波器，光纤布拉格光栅或长周期光纤光栅。然而，这些技术主要用于光放大器或ASE光源的增益均衡，而不能直接用于SLED的光谱平坦技术中。针对SLED光源，传统方法采用Mach-Zehnder干涉仪或光学晶格适配器进行光谱平坦化处理，但存在结构复杂，易受外部干扰影响的问题。
发明内容：
针对现有技术中存在的结构复杂，易受外部干扰影响的问题，本发明提出了一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置。
为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置，包括光纤隔离器、1×2光纤耦合器、光纤环行器、低精细度的非本征光纤法珀腔、光纤衰减器，其特殊之处在于，所述光纤隔离器一端连接SLED光源入射端口，另一端与1×2光纤耦合器的入射端口连接，1×2光纤耦合器的一个出射端口与光纤衰减器的入射端口连接，另一个出射端口与光纤环行器的1端口连接，光纤环行器的2端口与非本征光纤法珀腔的尾纤连接，光纤环行器的3端口和光纤衰减器的出射端口分别与2×1光纤耦合器的两个入射端口连接，2×1光纤耦合器的出射端口为SLED光源出射端口。
上述非本征光纤法珀腔的反射光谱相消干涉中心波长与SLED光源的中心波长相同，相消干涉中心波长两侧的反射峰之间的光谱范围接近SLED光源的3dB带宽，并通过调节光纤衰减器的衰减系数，使SLED光源的部分出射光与非本征全光纤法珀腔反射光达到最佳功率比。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明所提出全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置与传统光谱平坦方法相比，不需要多个Mach-Zehnder干涉仪级联、不需要精确考虑各个部分的相位延迟和光纤耦合器的耦合系数，装置结构更为简单、更易于实现且成本较低。
2、由于采用非本征型光纤法珀腔与光纤衰减器衰减配合的方式实现光谱平坦化，非本征型光纤法珀腔本身尺寸极小，对温度、振动的敏感性相比于Mach-Zehnder干涉仪要低很多，因此具有更好的环境适应性和稳定性，不易被干扰。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中不同长度非本征光纤法珀腔对应的反射光谱曲线。
图3是本发明实施例中非本征光纤法珀腔的反射光谱与高斯型SLED光源光谱在不同衰减系数下叠加的输出光谱曲线。
图4是本发明实施例中实测全光纤高斯型SLED光源光谱、非本征光纤法珀腔反射光谱和平坦化装置的输出光谱。
附图标记说明如下：
1-光纤隔离器，2-1×2光纤耦合器，3-光纤环行器，4-非本征光纤法珀腔，5-光纤衰减器，6-2×1光纤耦合器，7-SLED光源入射端口，8-SLED光源出射端口。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。
本发明提供的一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置的基本原理是：将高斯型SLED光源的出射光分为两路，一路光直接入射非本征光纤法珀腔，产生类正弦的反射光谱，其反射光相消干涉的波谷位置与SLED光源的中心波长对应，与另外一路SLED的出射光通过光纤耦合器进行叠加，通过光纤衰减器调节两路光的光功率的比值，从而达到平坦化SLED光源光谱的目的。
参见图1，本实施例提供一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置，包括光纤隔离器1、1×2光纤耦合器2、光纤环行器3、低精细度的非本征光纤法珀腔4、光纤衰减器5。所说光纤隔离器1一端连接SLED光源入射端口7，另一端与1×2光纤耦合器2的入射端口连接，1×2光纤耦合器的一个出射端口与光纤衰减器5的入射端口连接，另一个出射端口与光纤环行器的1端口连接，光纤环行器的2端口与非本征光纤法珀腔4的尾纤连接，光纤环行器的3端口和光纤衰减器5的出射端口分别与2×1光纤耦合器6的两个入射端口连接，2×1光纤耦合器6的出射端口为SLED光源出射端口8。
本实施例中所说的低精细度的非本征光纤法珀腔4的反射光谱相消干涉中心波长与SLED光源的中心波长相同，相消干涉中心波长两侧的反射峰之间的光谱范围接近SLED光源的3dB带宽，并通过调节光纤衰减器5的衰减系数，使SLED光源的部分出射光与非本征全光纤法珀腔反射光达到最佳功率比。
高斯型SLED光源光谱数学模型可以表示为：
其中，I0表示SLED光源的光谱密度，λP表示SLED光源的峰值波长，Bλ表示半峰宽。
对于低细度的非本征光纤法珀腔而言，其法珀干涉可等效为双光束干涉，其反射率可以表示为：
其中，A和B为两个常数，L表示两个光纤端面之间的距离，n表示非本征光纤法珀腔填充介质的折射率，如果为真空或者空气腔，n≈1。
非本征光纤法珀腔的腔长L需要满足在SLED光源中心波长位置处发生相消干涉，干涉条件为：
可得腔长与波长的关系式：
可知，在光源峰值位置干涉相消需满足非本征光纤法珀腔腔长等于SLED光源中心波长四分之一的奇数倍，由此，可得到一系列法珀腔腔长对应的反射光谱。另外，为了实现光谱的平坦化，需要光纤法珀腔在中心波长附近的自由光谱范围近似等于SLED光源的3dB带宽。
光谱平坦化装置2×1光纤耦合器的出射端口的输出光谱可表示为：
其中，κ1、κ2为1×2光纤耦合器的两路出射光的分光系数，κ3、κ4为2×1光纤耦合器的两路入射光的分光系数，At表示光纤衰减器的衰减系数。
低细度非本征光纤法珀腔的腔长需要根据高斯型SLED光源的中心波长及半高全宽确定。
对于中心波长为1568nm、带宽为98nm的SLED光源进行设计。非本征光纤法珀腔的腔长需要满足在SLED光源中心波长位置处发生相消干涉，且相消干涉波谷两侧的峰值波长间隔与SLED光源的半高全宽接近，考虑到SLED光源的带宽为98nm，将法珀腔腔长m设定为14、15、16，得到如图2所示的不同长度非本征光纤法珀腔对应的反射光谱曲线。因为法珀腔的峰峰值光谱宽度越宽，与SLED光源光谱叠加的输出光谱越平坦，所以选择宽度最大的反射光谱对应的腔长作为本实施例的法珀腔腔长，法珀腔腔长m为14，腔长为12.1675μm。
低细度非本征光纤法珀腔可以采用一段带尾纤输出的单模光纤和一段不带尾纤输出的单模光纤及石英毛细玻璃管构成。
使用的1×2和2×1光纤耦合器均为宽带光纤耦合器，中心波长为1550nm，带宽为100nm，分束比为50:50，相当于两个光纤耦合器的分束比为κ1＝κ2＝κ3＝κ4＝0.5。
将型号为S5FC1550S-A2(中心波长为1568nm、带宽为98nm最大输出功率为3.623mW)的高斯型SLED光源，连接至SLED光源接入端口，光谱平坦化输出端口接光谱分析仪进行监测。
调节衰减系数At，得到如图3所示的该全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置的输出光谱。
通过选取一段光谱，然后找出该段光谱中的最大光强和最小光强，然后代入公式
得到光谱的平坦度。
由图3可知，在不同衰减系数下，输出光谱的平坦度存在差异，当衰减系数At在0.2附近时，输出光谱的平坦化最佳。实测输出光谱，当衰减系数At为0.198时，如图4所示，可以得到在波长为1545.4nm～1590.5nm范围内，光谱的平坦度达到0.32dB。
本发明提出了一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置，对于高斯型SLED光源，通过非本征光纤法珀腔的腔长调节，和光纤衰减器衰减系数的控制，可以实现高斯型SLED光源光谱的平坦化。
Claims (2)
1.一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置，包括光纤隔离器（1）、1×2光纤耦合器（2）、光纤环行器（3）、低精细度的非本征光纤法珀腔（4）、光纤衰减器（5），所述光纤隔离器（1）一端连接SLED光源入射端口（7），另一端与1×2光纤耦合器（2）的入射端口连接，1×2光纤耦合器的一个出射端口与光纤衰减器（5）的入射端口连接，另一个出射端口与光纤环行器的1端口连接，光纤环行器的2端口与非本征光纤法珀腔（4）的尾纤连接，光纤环行器的（3）端口和光纤衰减器（5）的出射端口分别与2×1光纤耦合器（6）的两个入射端口连接，2×1光纤耦合器（6）的出射端口为SLED光源出射端口（8）。
2.根据权利要求1所述的一种全光纤高斯型SLED光源光谱平坦化装置，其特征在于：所述低精细度的非本征光纤法珀腔（4）的反射光谱相消干涉中心波长与SLED光源的中心波长相同，相消干涉中心波长两侧的反射峰之间的光谱范围接近SLED光源的3dB带宽，并通过调节光纤衰减器（5）的衰减系数，使SLED光源的部分出射光与非本征全光纤法珀腔反射光达到最佳功率比。
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