本發(fā)明屬于光纖特性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒質(zhì)，通過光電變換，用光來(lái)傳輸信息的通信系統(tǒng)。隨著國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和通信業(yè)的飛速發(fā)展，信息化給世界生產(chǎn)力和人類社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了極大的推動(dòng)。光纖通信作為信息化的主要技術(shù)支柱之一，必將成為21世紀(jì)最重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。但是，隨著各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的急速增長(zhǎng)，尤其是在下一代互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等為代表的大數(shù)據(jù)時(shí)代，各種信息業(yè)務(wù)流量需求促使光纖通信系統(tǒng)必須及時(shí)快速地更新傳輸速率和容量。目前，采用高級(jí)調(diào)制技術(shù)和多維復(fù)用技術(shù)是光纖通信系統(tǒng)廣泛研究的關(guān)鍵技術(shù)。其中，最廣泛應(yīng)用的復(fù)用技術(shù)之一就是空分復(fù)用技術(shù)(SDM)。

實(shí)現(xiàn)SDM的主要技術(shù)之一就是用少模光纖(FMF)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)用傳輸。該技術(shù)可充分利用FMF不同正交模式都可以做為獨(dú)立信道進(jìn)行信息傳輸?shù)奶匦?，以此提升系統(tǒng)傳輸速度傳輸和容量。由于FMF是模式復(fù)用技術(shù)的重要傳輸介質(zhì)，其特性包括模式群時(shí)延、色散等參數(shù)對(duì)下一代光纖傳輸系統(tǒng)有著重要的影響，因而對(duì)少模光纖的特性測(cè)量也就變得越來(lái)越重要。

為此，急需尋找一種快速、簡(jiǎn)單、精確的少模光纖測(cè)量技術(shù)，來(lái)為下一代模式復(fù)用光纖通信系統(tǒng)尤其是長(zhǎng)距離少模光纖通信系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明人經(jīng)過長(zhǎng)期研究，提出一種長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法及裝置，其長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法及裝置，本發(fā)明能夠快速、精確的測(cè)量長(zhǎng)距離少模光纖特性，并且實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，操作方便。

依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法，其屬于基于電信號(hào)干涉技術(shù)的長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法，其包括以下步驟：

S1.光頻梳光源發(fā)射多波長(zhǎng)(頻率)的光信號(hào)經(jīng)過光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)后產(chǎn)生雙邊帶輸出信號(hào)光；

S2.雙邊帶輸出信號(hào)光經(jīng)過對(duì)接耦合系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)信號(hào)光在少模光纖端面的入射位置以激發(fā)高階光纖模式，并隨后在少模光纖中發(fā)生模式干涉產(chǎn)生攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光；

S3.攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光經(jīng)過光濾波器和光電探測(cè)器后產(chǎn)生電信號(hào)干涉信息圖；

S4.對(duì)電信號(hào)干涉信息圖進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理得到在該光頻梳光源所覆蓋的波段范圍內(nèi)的少模光纖的高階模式特性信息。

其中，步驟S1具體為：光頻梳光源發(fā)射的多波長(zhǎng)(頻率)光載波信號(hào)經(jīng)過偏振控制器調(diào)節(jié)光信號(hào)偏振態(tài)，然后進(jìn)入強(qiáng)度調(diào)制器，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流偏置電壓的作用下，對(duì)光載波進(jìn)行了雙邊帶調(diào)制，產(chǎn)生雙邊帶輸出信號(hào)光。該信號(hào)光經(jīng)過一個(gè)光纖耦合器，其一端輸出接入光譜儀，用以監(jiān)測(cè)雙邊帶輸出信號(hào)光的質(zhì)量，另一端輸出則作為對(duì)接耦合系統(tǒng)的入射信號(hào)光。

其中，步驟S2具體為：對(duì)接耦合系統(tǒng)的入射信號(hào)光通過準(zhǔn)直透鏡聚焦以對(duì)準(zhǔn)耦合平臺(tái)的物鏡，同時(shí)通過光學(xué)耦合平臺(tái)的三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)入射信號(hào)光束與夾在耦合平臺(tái)上的少模光纖端面間的相對(duì)位置，以此激發(fā)少模光纖中的高階模式。產(chǎn)生的高階光纖模式在少模光纖中進(jìn)行傳輸，在模式干涉的作用下，輸出攜帶有不同高階模式特征信息的干涉信號(hào)光并進(jìn)入光濾波器和光電探測(cè)器。

其中，步驟S3具體為：攜帶有高階模式信息的干涉信號(hào)光經(jīng)過光濾波器進(jìn)行選擇濾波并經(jīng)過光電探測(cè)器后，將得到不同波長(zhǎng)信道的模式間電信號(hào)干涉信息圖，此信息圖接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀后可以顯示出來(lái)。

其中，步驟S4具體為：從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中提取出來(lái)電信號(hào)干涉信息圖數(shù)據(jù)，通過快速傅里葉變換(FFT)，得到對(duì)應(yīng)于時(shí)域不同高階光纖模式的峰值點(diǎn)，這些峰值點(diǎn)的時(shí)間位置即對(duì)應(yīng)于不同高階模式相對(duì)于該少模光纖基模的時(shí)延差。通過計(jì)算不同高階模式相對(duì)于基模的時(shí)延差即可得到不同高階模式相對(duì)于基模的差分模式群時(shí)延(DMGD)以及色散等參數(shù)；按相同方法對(duì)光頻梳光源所覆蓋的不同波長(zhǎng)的進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)分析，即可得到所需波段范圍內(nèi)的少模光纖的差分模式群時(shí)延DMGD和色散系數(shù)等特性。

依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法裝置，其屬于一種對(duì)接耦合裝置，其包括：偏振控制器、強(qiáng)度調(diào)制器、準(zhǔn)直鏡、三維可調(diào)光學(xué)耦合平臺(tái)和少模光纖，所述偏振控制器用來(lái)調(diào)節(jié)光信號(hào)的偏振態(tài)；所述強(qiáng)度調(diào)制器用來(lái)產(chǎn)生雙邊帶輸出信號(hào)光；所述準(zhǔn)直鏡用來(lái)對(duì)輸出信號(hào)光束進(jìn)行聚焦；所述三維可調(diào)光學(xué)耦合平臺(tái)用來(lái)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)光和少模光纖端面間的相對(duì)位置用以激發(fā)少模光纖中支持傳輸?shù)母唠A光纖模式；所述少模光纖即為待測(cè)光纖。

進(jìn)一步地，所述裝置還包括：光頻梳光源、射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)、直流偏置電壓、光纖耦合器、光譜儀、光濾波器、光電探測(cè)器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，所述光頻梳用來(lái)產(chǎn)生覆蓋C波段波長(zhǎng)(頻率)的光載波信號(hào)；所述射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生，該信號(hào)頻率在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，主要用于調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制器以產(chǎn)生特定頻率間隔的雙邊帶輸出信號(hào)光；所述直流偏置電壓主要用來(lái)控制強(qiáng)度調(diào)制器的工作狀態(tài)，使其工作在無(wú)啁啾調(diào)制狀態(tài)；所述光纖耦合器用來(lái)完成對(duì)輸入信號(hào)光的耦合與所需比例的分離；所述光譜儀用來(lái)監(jiān)測(cè)雙邊帶輸出信號(hào)光的質(zhì)量；所述光濾波器用來(lái)進(jìn)行選擇濾波；所述光電探測(cè)器用來(lái)將輸入的信號(hào)光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用來(lái)提供特定頻率范圍的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和記錄少模光纖的頻率響應(yīng)。

本發(fā)明長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法及裝置相比于現(xiàn)今模式復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的測(cè)量少模光纖特性的技術(shù)來(lái)說(shuō)，具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：測(cè)量裝置簡(jiǎn)單、容易操作、測(cè)量速度快；能夠測(cè)量長(zhǎng)距離的少模光纖特性。測(cè)量得到的電信號(hào)干涉圖經(jīng)過簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)計(jì)算即可得到少模光纖的特性信息。

附圖說(shuō)明

圖1是依據(jù)本發(fā)明的長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。另外地，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明的保護(hù)范圍僅僅限制至下述具體模塊或具體參數(shù)。

本發(fā)明長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法及裝置被作為有可能應(yīng)用于高速光纖通信系統(tǒng)性能補(bǔ)償技術(shù)得到了發(fā)明與研究。

在本發(fā)明中，一種長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法包括以下步驟：

S1.光頻梳光源發(fā)射的光載波信號(hào)經(jīng)過光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)后產(chǎn)生雙邊帶輸出信號(hào)光；

S2.雙邊帶輸出信號(hào)光經(jīng)過對(duì)接耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入少模光纖發(fā)生模式干涉，產(chǎn)生攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光；

S3.攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光經(jīng)過光濾波器和光電探測(cè)器后產(chǎn)生電信號(hào)干涉信息圖；

S4.對(duì)電信號(hào)干涉信息圖進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理得到少模光纖高階模式的特性信息。

上述S1的具體步驟為：光頻梳光源發(fā)射的多波長(zhǎng)(頻率)光信號(hào)經(jīng)偏振控制器調(diào)節(jié)光信號(hào)的偏振態(tài)后，進(jìn)入強(qiáng)度調(diào)制器，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流偏置電壓的作用下，對(duì)光載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，產(chǎn)生雙邊帶輸出光信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)過一個(gè)光纖耦合器，一端輸出接入光譜儀，用以監(jiān)測(cè)雙邊帶輸出光信號(hào)，另一端輸出作為入射信號(hào)光進(jìn)入對(duì)接耦合系統(tǒng)。

所述光頻梳光源工作在C波段(1530-1565nm)；

所述偏振控制器用來(lái)調(diào)節(jié)激光源所發(fā)射信號(hào)光的偏振態(tài)；

所述強(qiáng)度調(diào)制器在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流偏置電壓的作用下，對(duì)光載波進(jìn)行了雙邊帶調(diào)制；

所述射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器，其頻率掃描范圍為特殊設(shè)定的工作范圍，如10MHz-15GHz，以獲取該工作范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)干涉圖；

所述直流偏置電壓主要用來(lái)設(shè)定強(qiáng)度調(diào)制器的工作狀態(tài)，即使強(qiáng)度調(diào)制器工作在零附加相移狀態(tài)；

所述光纖耦合器為不對(duì)稱光耦合器，輸出功率比為90∶10，90％的輸出端作為入射信號(hào)光耦合進(jìn)少模光纖，10％的輸出端接入光譜儀用以監(jiān)測(cè)信號(hào)質(zhì)量；

所述光譜儀用來(lái)顯示和監(jiān)測(cè)雙邊帶輸出信號(hào)質(zhì)量；

上述S2的具體步驟為：入射信號(hào)光通過準(zhǔn)直鏡聚焦對(duì)準(zhǔn)光學(xué)耦合平臺(tái)的物鏡，通過三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)入射信號(hào)光束與夾在耦合平臺(tái)上的少模光纖端面間的相對(duì)位置，以此激發(fā)少模光纖中的高階模式。少模光纖中的不同模式發(fā)生相互干涉作用，產(chǎn)生攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光并隨之進(jìn)入光濾波器和光電探測(cè)器。

所述準(zhǔn)直鏡用來(lái)將信號(hào)光束聚焦，方便之后進(jìn)行的與少模光纖的對(duì)接耦合；

所述三維耦合平臺(tái)用來(lái)控制輸入信號(hào)光束和少模光纖的對(duì)接耦合，調(diào)節(jié)它們的相對(duì)位置以激發(fā)出高階模式；

上述S3的具體步驟為：攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光經(jīng)過光濾波器和光電探測(cè)器探測(cè)后接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生出了不同模式間的電信號(hào)干涉信息圖。

所述光濾波器用來(lái)對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行選擇性濾波；

所述光電探測(cè)器用來(lái)探測(cè)輸入的光信號(hào)；

所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用來(lái)接收經(jīng)光電探測(cè)器探測(cè)后的電信號(hào)，并記錄和顯示單波長(zhǎng)(頻率)信道在一定頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)；

上述S4的具體步驟為：從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中提取出來(lái)電信號(hào)干涉信息圖數(shù)據(jù)，在軟件MATLAB中進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，得到對(duì)應(yīng)于時(shí)域不同高階模式的峰值，這些峰值的時(shí)延位置即不同高階模式相對(duì)于基模的時(shí)延差。通過不同高階模式相對(duì)于基模的時(shí)延差即可計(jì)算得到不同高階模式相對(duì)于基模的差分模式群時(shí)延(DMGD)以及色散系數(shù)；按相同方法對(duì)光頻梳光源所覆蓋的不同波長(zhǎng)的進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)分析，即可得到所需波段范圍內(nèi)的少模光纖的差分模式群時(shí)延DMGD和色散系數(shù)等特性。

更具體地，如圖1所示，長(zhǎng)距離少模光纖特性測(cè)量方法包含四個(gè)步驟(部分)。一是調(diào)制信號(hào)光的產(chǎn)生：光頻梳光源1發(fā)射的多波長(zhǎng)(頻率)光信號(hào)經(jīng)過偏振控制器2調(diào)節(jié)光信號(hào)的偏振態(tài)，然后進(jìn)入強(qiáng)度調(diào)制器3，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)5和直流偏置電壓4的作用下，對(duì)光載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶調(diào)制。雙邊帶輸出信號(hào)經(jīng)過一個(gè)光纖耦合器6，其一端輸出接入光譜儀7，用以監(jiān)測(cè)雙邊帶輸出信號(hào)質(zhì)量，另一端輸出作為入射信號(hào)光進(jìn)入準(zhǔn)直鏡8進(jìn)行聚焦。

二是對(duì)接耦合和模式干涉過程：入射信號(hào)光通過準(zhǔn)直鏡8聚焦對(duì)準(zhǔn)耦合平臺(tái)9的物鏡，通過耦合平臺(tái)9的三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)入射信號(hào)光束與夾在耦合平臺(tái)上的少模光纖10端面間的相對(duì)位置，以最大程度地激發(fā)待測(cè)少模光纖10中的高階模式。待測(cè)少模光纖10中的不同模式在相互干涉作用后輸出帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光進(jìn)入光濾波器11進(jìn)行選擇性濾波，濾出特定波長(zhǎng)信道并進(jìn)入光電探測(cè)器12。

三是信號(hào)光電變換過程：攜帶有高階模式信息的輸出信號(hào)光經(jīng)過光電探測(cè)器12探測(cè)后接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀13產(chǎn)生一定頻率范圍內(nèi)的不同模式間的電信號(hào)干涉信息圖。

四是簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理過程：從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀13中提取出來(lái)的電信號(hào)干涉信息圖數(shù)據(jù)，在軟件MATLAB中進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，得到對(duì)應(yīng)于時(shí)域不同高階模式的峰值，這些峰值點(diǎn)的時(shí)延位置即不同高階模式相對(duì)于基模的時(shí)延差。通過不同高階模式相對(duì)于基模的時(shí)延差即可計(jì)算得到不同高階模式相對(duì)于基模的差分模式群時(shí)延(DMGD)以及色散系數(shù)；按相同方法對(duì)光頻梳光源所覆蓋的不同波長(zhǎng)的進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)分析，即可得到所需波段范圍內(nèi)的少模光纖的差分模式群時(shí)延DMGD和色散系數(shù)等特性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)中做出各種各樣的修改。