本發(fā)明涉及一種用于激光放大器增益分布及平均增益測(cè)量的全光纖在線增益測(cè)量?jī)x。其目的是摒棄常見(jiàn)全口徑測(cè)試系統(tǒng)的所采用的光束口徑匹配系統(tǒng)，簡(jiǎn)化放大器增益測(cè)試系統(tǒng)中濾除雜散光的方法，實(shí)現(xiàn)放大器增益性能的在線測(cè)量。

背景技術(shù)：

放大器的增益特性包括平均增益系數(shù)、增益均勻性以及儲(chǔ)能效率。平均增益系數(shù)決定了放大器的放大能力。增益分布均勻性將影響放大輸出近場(chǎng)的均勻性。儲(chǔ)能效率則反映了放大器的性?xún)r(jià)比。儲(chǔ)能效率可以由放大器的平均增益系數(shù)推算出來(lái)。

當(dāng)前放大器增益性能的測(cè)試方法包括：(1)多點(diǎn)探針光束測(cè)量法以及(2)基于CCD的全口徑測(cè)量方法。方法(1)存在的主要缺點(diǎn)是：1)采用體光柵以及空間濾波器進(jìn)行雜散光的控制，體積龐大；2)全口徑增益性能的測(cè)試需要進(jìn)行多次掃描，不同發(fā)次之間不可避免地引入了能源模塊波動(dòng)等隨機(jī)因素的影響。方法(2)雖然避免了多次掃描引入的波動(dòng)，但是由于采用了大口徑擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行口徑匹配，采用空間濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行雜散光控制，也具有體積龐大的缺點(diǎn)。上述兩種方法的結(jié)構(gòu)特征決定了其無(wú)法對(duì)在線狀態(tài)的放大器進(jìn)行增益性能評(píng)估，而必須將放大器從線上取下進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是改變雜散光控制方法，縮小測(cè)量系統(tǒng)的幾何尺寸、簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)放大器增益性能的在線測(cè)量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種全光纖在線增益測(cè)量?jī)x，包括光纖激光器、光纖分束器、光發(fā)射器陣列、光接收器陣列、光纖合束器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)、外同步時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)開(kāi)關(guān)；

待測(cè)放大器放置在所述的光發(fā)射器陣列和光接收器陣列之間，外同步時(shí)鐘信號(hào)，所述的觸發(fā)開(kāi)關(guān)的輸入端與外同步時(shí)鐘信號(hào)相連，該觸發(fā)開(kāi)關(guān)的輸出端分別與所述的光纖激光器和待測(cè)放大器的控制端相連；

所述的光纖激光器的輸出脈沖激光通過(guò)分束器分成若干子光束，其中一束子光束作為參考光束作為觸發(fā)信號(hào)被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收，其余子光束作為探測(cè)光束注入所述的光發(fā)射器陣列，經(jīng)該光發(fā)射器陣列整形后入射到待測(cè)放大器，被放大后的探測(cè)光束入射到光接收器陣列后輸出的探測(cè)光束經(jīng)過(guò)光纖合束器時(shí)分復(fù)用為一個(gè)脈沖后被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收并傳輸至計(jì)算機(jī)。

所述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到脈沖信號(hào)，所述的待測(cè)放大器的工作模式是充電后單次觸發(fā)放電，有匹配的外同步時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)開(kāi)關(guān)進(jìn)行協(xié)同工作，外同步時(shí)鐘信號(hào)和觸發(fā)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)同時(shí)作為光纖激光器的觸發(fā)信號(hào)。

所述的光發(fā)射器陣列和光接收器陣列均由光纖準(zhǔn)直器構(gòu)成。

所述的光纖激光器的輸出波長(zhǎng)范圍從紅外到紫外。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)光纖準(zhǔn)直器能夠?qū)⒔^大部分的雜散光濾除，因而可以將雜散光控制到可忽略的水平，但沒(méi)有采用體積龐大的空間濾波器和體光柵，因此使整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的體積非常小巧。只要將光發(fā)射器陣列和光接收器陣列置于待測(cè)放大器通光口徑兩側(cè)，就可以實(shí)現(xiàn)放大器增益性能的在線測(cè)量，而無(wú)需將放大器從線上取下。

(2)由于發(fā)明中的光發(fā)射器陣列和光接收器陣列可以形成二維陣列，因此可以一次完成放大器全口徑增益性能的測(cè)量，避免了傳統(tǒng)多點(diǎn)測(cè)量方法中的多次掃描。因此顯著提升了測(cè)試效率。

(3)放大器工作時(shí)處于強(qiáng)電環(huán)境中，對(duì)于位于附近的測(cè)試系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電磁干擾。本發(fā)明為全光纖結(jié)構(gòu)，對(duì)于電磁干擾具有天然免疫能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明全光纖在線增益測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)框圖

圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理的流程圖

圖中：

1——光纖激光器 2——光纖分束器

3——光發(fā)射器陣列 4——光接收器陣列

5——光纖合束器 6——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

7——計(jì)算機(jī) 8——待測(cè)放大器

9——同步時(shí)鐘信號(hào) 10——觸發(fā)開(kāi)關(guān)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)先參閱圖1，圖1為本發(fā)明全光纖在線增益測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，一種全光纖在線增益測(cè)量?jī)x，包括光纖激光器1，光纖分束器2，光發(fā)射器陣列3，光接收器陣列4，光纖合束器5，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6以及計(jì)算機(jī)7。來(lái)自于光纖激光器1的脈沖激光，經(jīng)光纖分束器2分為若干子束。其中的一束I_r作為參考光，經(jīng)光纖直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)6中。其它子束作為探測(cè)光束，經(jīng)光纖傳輸?shù)焦獍l(fā)射器陣列3中。經(jīng)過(guò)光發(fā)射器陣列3中光纖準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直變?yōu)槠叫泄?，入射到待測(cè)放大器8中。放大后的探測(cè)信號(hào)被光接收器陣列中的光纖準(zhǔn)直器接收，并耦合到傳輸光纖中。利用時(shí)分復(fù)用的方法，多個(gè)探測(cè)子光束被光纖合束器5合成為一個(gè)脈沖序列I_p，經(jīng)光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)6被采集，后傳輸至計(jì)算機(jī)7被儲(chǔ)存。計(jì)算機(jī)7計(jì)算得到探測(cè)光束和參考光束的能量比值即為放大器的增益倍數(shù)，再除以放大器中增益介質(zhì)的長(zhǎng)度就可以計(jì)算出每個(gè)位置的增益系數(shù)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6由PIN與PIN匹配的采集卡組成。當(dāng)測(cè)量用的光纖激光器為脈沖信號(hào)工作模式時(shí)，采集卡和計(jì)算機(jī)一直處于等待外同步信號(hào)的狀態(tài)。收到外同步信號(hào)后，PIN探測(cè)到時(shí)域上存在一定延遲的光脈沖信號(hào)序列，并被采集卡采集，然后轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)。至此完成一個(gè)周期的數(shù)據(jù)采集。具體步驟如下：

1)設(shè)置待測(cè)放大器8處于未充電狀態(tài)(不受觸發(fā)信號(hào)影響)；

2)按下觸發(fā)開(kāi)關(guān)10釋放外同步時(shí)鐘信號(hào)，觸發(fā)光纖激光器1輸出單脈沖激光信號(hào)；

3)經(jīng)分束后，參考激光觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6中的采集卡工作，探測(cè)激光則由光纖接收陣列4接收，傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6中的采集卡采集后，各束激光數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)7被讀取儲(chǔ)存，得到靜態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)；

4)設(shè)置待測(cè)放大器8處于已充電待觸發(fā)放電狀態(tài)(受觸發(fā)信號(hào)影響)；

5)按下觸發(fā)開(kāi)關(guān)10釋放外同步時(shí)鐘信號(hào)，觸發(fā)光纖激光器1，同時(shí)觸發(fā)待測(cè)放大器8使之放電工作；

6)經(jīng)分束后的參考激光，作為采集卡的觸發(fā)信號(hào)；經(jīng)分束后的探測(cè)激光由光纖接收陣列4接收，傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6中的采集卡采集后，各束激光數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)7被讀取儲(chǔ)存，得到動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)；

7)利用計(jì)算機(jī)7對(duì)步驟3)和步驟5)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到需要的增益系數(shù)。

如圖2所示為計(jì)算機(jī)(7)處理數(shù)據(jù)的流程。具體步驟如下：

1)讀取采集卡傳送的信號(hào)數(shù)據(jù)；

2)對(duì)信號(hào)中的脈沖序列進(jìn)行分割，區(qū)分各脈沖所對(duì)應(yīng)的信號(hào)來(lái)源；

3)對(duì)分割后的各脈沖進(jìn)行積分，得到各脈沖的能量；

4)將其中各探測(cè)脈沖能量與參考脈沖能量進(jìn)行比值，得到歸一化能量并儲(chǔ)存；

5)判斷靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是否都已儲(chǔ)存，若未儲(chǔ)存完備，則回到步驟1)，若均已儲(chǔ)存，則進(jìn)入下一步；

6)調(diào)取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)做比值，得到放大倍數(shù)；

7)輸入放大器介質(zhì)的有效長(zhǎng)度；

8)將步驟6)得到的放大倍數(shù)取自然對(duì)數(shù)并除以步驟7)得到的有效長(zhǎng)度，得到放大器的增益系數(shù)。

放大器的放大倍率G定義為探測(cè)光束動(dòng)態(tài)歸一化脈沖能量E_D(定義為為動(dòng)態(tài)探測(cè)脈沖信號(hào)E_Dp與動(dòng)態(tài)參考光信號(hào)E_Dr比值；)與靜態(tài)歸一化脈沖能量Es(定義為靜態(tài)探測(cè)脈沖信號(hào)E_Sp與靜態(tài)參考光信號(hào)E_Sr的比值)的比值，即

增益系數(shù)β定義為放大倍數(shù)與放大器中增益介質(zhì)的有效長(zhǎng)度L之比:

最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。