本發(fā)明涉及一種基于色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)的測量方法。

背景技術(shù)：

光纖色散系數(shù)是光纖的關(guān)鍵參數(shù)之一，其測量方法也是光纖參數(shù)測量技術(shù)的重要研究方向。色散光纖的色散系數(shù)直接決定了色散光纖的色散補償特性和非線性特性，是色散光纖最重要的參數(shù)之一。傳統(tǒng)的測量手段都是通過脈沖延遲法、相移法、模場直徑法和白光干涉等方法來實現(xiàn)，這些光學測量方法系統(tǒng)成本高，精度存在較大波動，抗環(huán)境干擾性能較差，且需要復(fù)雜的時頻分析算法來計算和分析測量結(jié)果。

又如中國專利文獻cn205538163u本發(fā)明公開了一種光纖色散系數(shù)測量裝置，包括波長可調(diào)dfb窄線寬激光器，電光調(diào)制器，待測光纖，高速光電探測器，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和直流電源；所述波長可調(diào)dfb窄線寬激光器、電光調(diào)制器、高速光電探測器構(gòu)成一條微波光子鏈路；波長可調(diào)dfb窄線寬激光器發(fā)出的單色偏振光入射到電光調(diào)制器；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口輸出一掃頻的射頻信號進入電光調(diào)制器；電光調(diào)制器將該射頻信號加載到光波上而輸出一光載射頻信號，該光載射頻信號經(jīng)過待測光纖后入射到高速光電探測器上，高速光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成射頻信號并接入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行采集和分析；相比現(xiàn)有的光學測量方法，該方法具備測量速度快，測量精度高，并且不受環(huán)境因素的影響等優(yōu)點，但是該測量裝置不能測量幾十米的光纖。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有測量系統(tǒng)測量速度慢，測量精度低，抗環(huán)境干擾性能較差的問題，提供一種新的色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)。使用該色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)具備測量速度快，測量精度高，并且不受環(huán)境因素的影響等優(yōu)點。

為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于色散光纖色散系數(shù)的測量系統(tǒng)的測量方法，包括以下步驟：

步驟一、系統(tǒng)上電后，將信號源打開，設(shè)置信號源的頻率為f；

步驟二、不將待測光纖接入到系統(tǒng)中，改變激光器的波長使得波長變化量為△λ，通過測量系統(tǒng)測量波長變化前后微波信號源到達高速光電探測器的相位變化量并通過式(5)得到該變化量為

步驟三、將一長度為l的待測色散光纖接入到直調(diào)激光器和高速光電探測器之間，同樣改變激光器的波長使得波長變化量為△λ，通過測量系統(tǒng)測量波長變化前后微波信號源到達高速光電探測器的相位變化量并通過式(5)得到該變化量為則由于色散光纖導(dǎo)致的波長變化前后微波相位的變化量為

步驟四、將代入到式(6)便可得到待測色散光纖的色散系數(shù)，系統(tǒng)的顯示模塊將實時顯示待測色散光纖的色散系數(shù)。

測量原理如下：

假設(shè)信號源輸出信號的頻率為f，該信號經(jīng)功分器后得到兩個相同的微波信號，其中一路作為本振信號直接進入iq混頻器的本振輸入端，該信號可表示為：

vo為信號幅值，為信號的初相位。功分器輸出的另一路信號經(jīng)過直調(diào)激光器調(diào)制后得到光載微波信號，該光載微波信號經(jīng)待測色散光纖后入射到高速光電探測器上。假設(shè)待測色散光纖的長度為l，色散系數(shù)為d，改變激光的波長使得波長的變化量為△λ，則由于色散光纖的色散引起的光載微波信號相位的變化為

式中c為光速，由此導(dǎo)致高速光電探測器105輸出的微波信號可表示為：

該微波信號進入iq混頻器后，混頻器將該信號分為兩路，一路信號作為i路輸入射頻信號與本振信號進行混頻，另一路信號經(jīng)過90度相移后作為q路輸入射頻信號也與本振信號進行混頻，則i路輸出信號可表示為：

q路輸出信號可表示為：

將混頻器輸出的兩路直流信號相除可得：

由此，可得待測色散光纖的色散系數(shù)為：

由于測試系統(tǒng)中的光纖器件都是普通單模光纖，并且含有射頻電纜，因此測量時需要將這些器件引入的相位值扣除。因此，測量時，首先不將待測色散光纖接入到系統(tǒng)中，根據(jù)混頻器得到測試系統(tǒng)的固有相位值為將待測色散光纖108接入到測試系統(tǒng)中后，再次通過測試系統(tǒng)測量射頻信號的相位值則由待測色散光纖引起的相位變化量為即由此，可得待測色散光纖的色散系數(shù)為：

一種色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)，包括信號源、直調(diào)激光器、功分器、待測色散光纖、高速光電探測器、iq混頻器、低通濾波器、信號放大電路、數(shù)據(jù)采集電路、信號處理及顯示模塊，所述信號源輸出的高頻微波信號經(jīng)過功分器后分為兩路微波信號，所述功分器的一路微波信號進入直調(diào)激光器中，該激光器將微波信號加載到光域上而得到一光載微波信號，該光載微波信號通過待測色散光纖后入射到高速光電探測器上，該高速光電探測器將光信號變?yōu)槲⒉ㄐ盘枺撐⒉ㄐ盘栠M入iq混頻器的射頻輸入端；所述功分器的另一路微波信號進入iq混頻器的本振輸入端，iq混頻器i分量和q分量的直流信號經(jīng)過一低通濾波器后依次通過信號放大電路、數(shù)據(jù)采集電路和信號處理及顯示模塊后，通過數(shù)據(jù)采集電路采集到的電壓數(shù)據(jù)，傳送給信號處理模塊，信號處理模塊通過一系列的算法對電壓信號進行分析和處理而得到待測色散光纖的色散系數(shù)并通過顯示模塊顯示。

優(yōu)選地，所述直調(diào)激光器的輸出功率應(yīng)大于5mw，波長調(diào)節(jié)精度高于0.4nm。

優(yōu)選地，所述直調(diào)激光器也可以采用dfb激光器加外調(diào)制的方式來代替。

本發(fā)明采用高頻率響應(yīng)的光電和微波器件可以提高測量的準確性；本發(fā)明采用iq混頻器，由于iq混頻器能實現(xiàn)跨3600相位周期的測量，同時通過調(diào)節(jié)微波信號的頻率，可使本發(fā)明提出的位移傳感測量范圍達幾十米；本發(fā)明根據(jù)iq混頻器輸出的兩個直流電壓值就可以得到當前待測色散光纖的色散系數(shù)，并且該色散系數(shù)測量值與待測信號的幅度無關(guān)，這極大地降低了光信號抖動及環(huán)境因素的影響對位移測量結(jié)果的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)示意框圖。

附圖中：

101、信號源102、直調(diào)激光器103、功分器

104、待測色散光纖105、高速光電探測器106、iq混頻器

107、低通濾波器108、信號放大電路109、數(shù)據(jù)采集電路

201、信號處理及顯示模塊

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

如圖所示，一種色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)，包括信號源101、直調(diào)激光器102、功分器103、待測色散光纖104、高速光電探測器105、iq混頻器106、低通濾波器107、信號放大電路108、數(shù)據(jù)采集電路109、信號處理及顯示模塊201，所述信號源101輸出的高頻微波信號經(jīng)過功分器103后分為兩路微波信號，所述功分器103的一路微波信號進入直調(diào)激光器102中，該激光器將微波信號加載到光域上而得到一光載微波信號，該光載微波信號通過待測色散光纖104后入射到高速光電探測器105上，該高速光電探測器將光信號變?yōu)槲⒉ㄐ盘?，該微波信號進入iq混頻器106的射頻輸入端；所述功分器103的另一路微波信號進入iq混頻器106的本振輸入端，iq混頻器i分量和q分量的直流信號經(jīng)過一低通濾波器107后依次通過信號放大電路108、數(shù)據(jù)采集電路109和信號處理及顯示模塊201后，通過數(shù)據(jù)采集電路109采集到的電壓數(shù)據(jù)，傳送給信號處理模塊，信號處理模塊通過一系列的算法對電壓信號進行分析和處理而得到待測色散光纖的色散系數(shù)并通過顯示模塊顯示。所述直調(diào)激光器102的輸出功率應(yīng)大于5mw，波長調(diào)節(jié)精度高于0.4nm。工作原理如下：

假設(shè)信號源輸出信號的頻率為f，該信號經(jīng)功分器103后得到兩個相同的微波信號，其中一路作為本振信號直接進入iq混頻器106的本振輸入端，該信號可表示為：

vo為信號幅值，為信號的初相位。功分器輸出的另一路信號經(jīng)過直調(diào)激光器調(diào)制后得到光載微波信號，該光載微波信號經(jīng)待測色散光纖后入射到高速光電探測器105上。假設(shè)待測色散光纖的長度為l，色散系數(shù)為d，改變激光的波長使得波長的變化量為△λ，則由于色散光纖的色散引起的光載微波信號相位的變化為

式中c為光速，由此導(dǎo)致高速光電探測器105輸出的微波信號可表示為：

該微波信號進入iq混頻器后，混頻器將該信號分為兩路，一路信號作為i路輸入射頻信號與本振信號進行混頻，另一路信號經(jīng)過90度相移后作為q路輸入射頻信號也與本振信號進行混頻，則i路輸出信號可表示為：

q路輸出信號可表示為：

將混頻器輸出的兩路直流信號相除可得：

由此，可得待測色散光纖的色散系數(shù)為：

由于測試系統(tǒng)中的光纖器件都是普通單模光纖，并且含有射頻電纜，因此測量時需要將這些器件引入的相位值扣除。因此，測量時，首先不將待測色散光纖接入到系統(tǒng)中，根據(jù)混頻器得到測試系統(tǒng)的固有相位值為將待測色散光纖108接入到測試系統(tǒng)中后，再次通過測試系統(tǒng)測量射頻信號的相位值則由待測色散光纖引起的相位變化量為即由此，可得待測色散光纖的色散系數(shù)為：

。

由上式可知，根據(jù)iq混頻器輸出的兩個直流電壓值就可以得到當前待測色散光纖的色散系數(shù)，并且該色散系數(shù)測量值與待測信號的幅度無關(guān)。這極大地降低了光信號抖動及環(huán)境因素的影響對位移測量結(jié)果的影響。iq混頻器的相位測量精度可達0.050，當微波信號頻率為40ghz時，色散光纖的長度為1m，光源的波長調(diào)節(jié)范圍為40nm時，本發(fā)明提出的色散光纖色散系數(shù)的測量分辨率可達0.1ps/km/nm。采用高頻率響應(yīng)的光電和微波器件可以提高測量的準確性。本測量系統(tǒng)也可以采用dfb激光器加外調(diào)制的方式來代替直調(diào)激光器。由于iq混頻器能實現(xiàn)跨3600相位周期的測量，同時通過調(diào)節(jié)微波信號的頻率，可使本發(fā)明提出的位移傳感測量范圍達幾十米。由于目前商用的光纖器件的尾纖都是采用普通單?；虮Ｆ饫w，其色散系數(shù)一般都為正值，而待測色散光纖的色散系數(shù)一般為負值，所以測量時需要將測量系統(tǒng)中光纖器件的尾纖的色散導(dǎo)致的微波信號相位的變化量從最終的測量結(jié)果中排除。

本發(fā)明的色散光纖色散系數(shù)測量系統(tǒng)的測量方法，包括以下步驟：

步驟一、系統(tǒng)上電后，將信號源打開，設(shè)置信號源的頻率為f；

步驟二、不將待測光纖104接入到系統(tǒng)中，改變激光器的波長使得波長變化量為△λ，通過測量系統(tǒng)測量波長變化前后微波信號源到達高速光電探測器的相位變化量并通過式(5)得到該變化量為

步驟三、將一長度為l的待測色散光纖接入到直調(diào)激光器和高速光電探測器105之間，同樣改變激光器的波長使得波長變化量為△λ，通過測量系統(tǒng)測量波長變化前后微波信號源到達高速光電探測器的相位變化量并通過式(5)得到該變化量為則由于色散光纖導(dǎo)致的波長變化前后微波相位的變化量為

步驟四、將代入到式(7)便可得到待測色散光纖的色散系數(shù)，系統(tǒng)的顯示模塊將實時顯示待測色散光纖的色散系數(shù)。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，只要各種變化只要在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。