一種實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖光源平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)定的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明應(yīng)用于光纖陀螺領(lǐng)域，特別地涉及一種光纖陀螺用摻鉺光纖光源的平均波 長(zhǎng)全溫穩(wěn)定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高精度光纖陀螺用光源要求具有較高的穩(wěn)定的尾纖輸出光功率以獲得具有較高 信噪比的干涉信號(hào)，穩(wěn)定的平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性以實(shí)現(xiàn)標(biāo)度因數(shù)的穩(wěn)定性，近高斯型的光滑光 譜以減小寄生干涉等。然而當(dāng)前摻鉺光纖光源的研宄仍然存在諸多待解決的問(wèn)題：首選是 未經(jīng)優(yōu)化的光纖光源的鉺纖本征溫度穩(wěn)定性較差，怎樣得到具有全溫范圍內(nèi)高平均波長(zhǎng)穩(wěn) 定性的光源是目前摻鉺光纖光源的重點(diǎn)和難點(diǎn)。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(guò)光學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)墓庾V濾波技術(shù)得 到具有較小紋波的穩(wěn)定近高斯光譜也是光源目前重點(diǎn)需要解決的問(wèn)題。
[0003] 影響摻鉺光纖光源的平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性的因素主要是泵浦源（包括泵浦波長(zhǎng)、泵浦 功率、泵浦光偏振態(tài)）、信號(hào)光反饋和鉺纖溫度。光纖光源早期的研宄重點(diǎn)都是泵浦源（包 括泵浦波長(zhǎng)、泵浦功率、泵浦光偏振態(tài)）、信號(hào)光反饋對(duì)平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性的影響。通過(guò)對(duì)泵 浦源進(jìn)行溫度和驅(qū)動(dòng)電流的控制，使用光纖光柵穩(wěn)定泵浦波長(zhǎng)，并選擇合適的光源結(jié)構(gòu)和 鉺纖長(zhǎng)度，使用隔離器，在常溫下光源平均波長(zhǎng)的穩(wěn)定性已經(jīng)能夠達(dá)到lppm量級(jí)。然而鉺 纖溫度變化對(duì)光源平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性的影響至今是一個(gè)尚未解決的難點(diǎn)，也是最難解決的問(wèn) 題。
[0004] 鉺纖本征溫度系數(shù)不僅與鉺纖本身特性有關(guān)，也與鉺纖長(zhǎng)度、泵浦功率和光源結(jié) 構(gòu)等光源參數(shù)有關(guān)。沒(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)化的鉺纖本征溫度系數(shù)一般在-3~+10ppm/°c左右。在高 精度光纖陀螺的某些實(shí)際應(yīng)用中溫度變化超過(guò)100°C，即使只有l(wèi)ppm/°C的本征溫度系數(shù) 也會(huì)在全溫范圍內(nèi)帶來(lái)lOOppm的平均波長(zhǎng)變化。因此鉺纖溫度對(duì)摻鉺光纖光源平均波長(zhǎng) 的影響最大，也最難控制，需要對(duì)摻鉺光纖光源的結(jié)構(gòu)參量進(jìn)行優(yōu)化或者采用其他的溫度 控制及補(bǔ)償技術(shù)，這是摻鉺光纖光源的研宄重難點(diǎn)。
[0005] 減小鉺纖本征溫度系數(shù)的技術(shù)方案主要是使用各種濾波器進(jìn)行補(bǔ)償、采用多級(jí)結(jié) 構(gòu)、采用新型的摻鉺光子晶體光纖技術(shù)以及對(duì)光源進(jìn)行溫度控制與補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)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(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的，若通過(guò) 技術(shù)手段消除光源雙峰光譜中的一個(gè)峰，得到單峰輸出光譜，再進(jìn)行光源結(jié)構(gòu)參量?jī)?yōu)化，則 可以得到具有高平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性的單峰輸出光譜。在單程后向結(jié)構(gòu)光源輸出端接一段無(wú) 源摻鉺光纖，便是這樣一種技術(shù)手段，但這種光源即使經(jīng)過(guò)優(yōu)化，本征溫度系數(shù)仍然有~ lppm/°C，在全溫范圍內(nèi)平均波長(zhǎng)的變化要小于lOppm也比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決當(dāng)前光纖陀螺用摻鉺光纖光源研宄中存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種 實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖光源平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)定的方法，即一種基于鉺纖濾波器溫度控制的平均波長(zhǎng) 全溫穩(wěn)定方法。
[0007] 本發(fā)明平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)定方法基于如下理論：一種單程后向結(jié)構(gòu)光源輸出端接一 段無(wú)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(wú)源摻鉺光纖為鉺纖濾波 器。研宄表明，這種光路結(jié)構(gòu)的光源，其輸出平均波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度的變化而呈拋物線型變 化，但是當(dāng)對(duì)增益鉺纖和鉺纖濾波器分別進(jìn)行溫度控制時(shí)，研宄發(fā)現(xiàn)光源輸出平均波長(zhǎng)隨 增益鉺纖的溫度變化而呈正相關(guān)變化，隨鉺纖濾波器的溫度變化而呈負(fù)相關(guān)變化。因此當(dāng) 環(huán)境溫度變化時(shí)，可以根據(jù)增益鉺纖溫度的變化情況，對(duì)鉺纖濾波器進(jìn)行溫度控制以消除 環(huán)境溫度變化造成的平均波長(zhǎng)不穩(wěn)定性。
[0008] 本發(fā)明一種基于鉺纖濾波器溫度控制的平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)定方法，包括以下步驟：
[0009] (1)在單程后向結(jié)構(gòu)摻鉺光纖光源的輸出端口接一段無(wú)源摻鉺光纖作為鉺纖濾波 器，在無(wú)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(nèi)，在-40°c~+60°C的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量增益光纖和鉺 纖濾波器分別在各自不同溫度點(diǎn)時(shí)，光隔離器輸出端的光源輸出平均波長(zhǎng)；
[0010] (2)在鉺纖濾波器的每個(gè)溫度點(diǎn)上對(duì)光源輸出平均波長(zhǎng)隨增益鉺纖溫度變化進(jìn) 行正相關(guān)擬合，得到一簇正相關(guān)擬合曲線；在增益光纖的每個(gè)溫度點(diǎn)上對(duì)平均波長(zhǎng)隨鉺纖 濾波器溫度T/變化進(jìn)行負(fù)相關(guān)擬合，得到一簇負(fù)相關(guān)擬合曲線；通過(guò)兩簇?cái)M合曲線建立光 源平均波長(zhǎng)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(nèi)進(jìn)行溫度控制，光源其他部件置于外部環(huán) 境中，第一溫度探測(cè)器探測(cè)增益鉺纖的溫度，第二溫度探測(cè)器探測(cè)鉺纖濾波器的溫度T 2;
[0012] (4)根據(jù)步驟2建立得到的擬合模型，通過(guò)溫度控制裝置實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)鉺纖濾波 器溫度，以此補(bǔ)償環(huán)境溫度變化造成的光源平均波長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)光纖光源平均波長(zhǎng)的 全溫穩(wěn)定。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟2中，所述擬合模型的公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖光源平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)定的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在單程后向結(jié)構(gòu)摻鉺光纖光源的輸出端口接一段無(wú)源摻鉺光纖作為鉺纖濾波器 (4)，在無(wú)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(nèi)，在-40°C~+60°C的溫度范圍內(nèi)，測(cè) 量增益光纖（1)和鉺纖濾波器（4)分別在各自不同溫度點(diǎn)時(shí)，光隔離器（5)輸出端的光源 輸出平均波長(zhǎng)； (2) 在鉺纖濾波器（4)的每個(gè)溫度點(diǎn)上對(duì)光源輸出平均波長(zhǎng)隨增益鉺纖（1)溫度T/變 化進(jìn)行正相關(guān)擬合，得到一簇正相關(guān)擬合曲線；在增益光纖（1)的每個(gè)溫度點(diǎn)上對(duì)平均波 長(zhǎng)隨鉺纖濾波器溫度T/變化進(jìn)行負(fù)相關(guān)擬合，得到一簇負(fù)相關(guān)擬合曲線；通過(guò)兩簇?cái)M合曲 線建立光源平均波長(zhǎng)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(nèi)進(jìn)行溫度控制，光源其他部件置于外部 環(huán)境中，第一溫度探測(cè)器（6)探測(cè)增益鉺纖（1)的溫度T 1，第二溫度探測(cè)器（7)探測(cè)鉺纖濾 波器⑷的溫度T2; (4) 根據(jù)步驟2建立得到的擬合模型，通過(guò)溫度控制裝置（8)實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)鉺纖濾波器 (4)溫度，以此補(bǔ)償環(huán)境溫度變化造成的光源平均波長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)光纖光源平均波長(zhǎng)的 全溫穩(wěn)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖光源平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)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(zhǎng)，T1為增益鉺纖溫度，T2為鉺纖濾波器溫度，
為模型系數(shù)，K由步驟1測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖光源平均波長(zhǎng)全溫穩(wěn)定的方法，該方法首先在全溫度范圍內(nèi)測(cè)量平均波長(zhǎng)分別隨增益鉺纖溫度的變化及鉺纖濾波器溫度的變化數(shù)據(jù)值；其次建立光源平均波長(zhǎng)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(nèi)進(jìn)行溫度控制，光源其他部件置于環(huán)境中，溫度傳感器探測(cè)增益鉺纖溫度和鉺纖濾波器溫度；最后由溫度傳感器探測(cè)溫度值，根據(jù)擬合模型，通過(guò)溫控裝置實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)鉺纖濾波器溫度，以補(bǔ)償環(huán)境溫度變化造成的光源平均波長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)光纖光源平均波長(zhǎng)的全溫穩(wěn)定。本發(fā)明方法光源結(jié)構(gòu)參量的優(yōu)化可以靈活設(shè)計(jì)，溫度控制裝置溫控精度要求較低，能實(shí)現(xiàn)光源在全溫范圍內(nèi)的高平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01S3-13
【公開號(hào)】CN104659646
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510066367
【發(fā)明人】黃騰超, 洪波, 賀青, 舒曉武, 車雙良, 劉承
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日