[发明专利]基于单模光纤的光学任意波形测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学任意波形测量的技术领域，是一种光学任意波形测量装置，尤其是一种利用单模光纤的交叉相位调制(XPM)型互相关频率分辨光学开关(X-FROG,Cross Frequency Resolved Optical Gating)光学任意波形测量装置。

背景技术

随着现代通信网、计算机网等业务的迅猛增加，数据量呈爆炸式增长，人们对带宽有着更高的要求。为了满足日益增长的信息容量的需求，光通信网络仍然是下一代网络的核心。由于光通信容量的不断增加，下一代全光网络对有源器件，特别是光源提出了更高的要求。超短脉冲光源是目前激光技术和高速光通信应用领域中最具活力的研究课题之一，有着巨大的应用前景。我们不仅需要产生质量较高的超短光脉冲，并且希望脉冲的形状可调谐。因此，光学任意波形产生器引起了人们极大的兴趣和关注。

随着光学任意波形产生技术的飞速发展，对产生的光学任意波形进行准确地测量，进而提高产生的光学任意波形和目标光学任意波形的相似度至关重要。因此，探索精确的光学任意波形测量技术、研制性能优良的光学任意波形测量装置迫在眉睫。

目前常用的光学任意波形测量方法主要有双积分光谱剪切干涉分析法、双频率梳互相关技术和频率分辨光学开关(FROG)法。双积分光谱剪切干涉分析法主要是利用待测光学任意波形和具有相对延迟的参考脉冲在光栅中的干涉，通过相干频谱检测对光学任意波形进行测量。双频率梳互相关技术是将光学频率梳作为参考脉冲，与待测光学任意波形相互作用，从而对光学任意波形进行测量。FROG法则是利用待测光学任意波形和具有一定相对延迟的参考脉冲之间的非线性效应，对信号脉冲的行迹图进行二维位相重建实现对光学任意波形幅度和相位的测量。FROG法能够实现对光学任意波形幅度和相位的准确测量，并且具有装置简单、易于实现的优点。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种基于单模光纤的光学任意波形测量装置，只需一根单模光纤，无需复杂的光路校准，结构简单，损耗低；光纤中的交叉相位调制效应易发生，无需相位匹配，具有很高的测量准确性。

技术方案：本发明的基于单模光纤的光学任意波形测量装置，该装置包括待测光学任意波形输入端、参考脉冲输入端、第一偏振控制器、第二偏振控制器、耦合器、单模光纤、偏振分束器、电荷耦合元件和光谱仪；其中，任意波形输入端通过第一偏振控制器接耦合器的一个输入端，参考脉冲输入端通过第二偏振控制器接耦合器的另一个输入端，耦合器的输出端接单模光纤的输入端，单模光纤的输出端接偏振分束器的输入端，偏振分束器的输出端接电荷耦合元件的输入端，电荷耦合元件的输触端接光谱仪的输入端。

所述的第一偏振控制器与第二偏振控制器控制的角度差为90°。

所述的单模光纤包括单模光纤前一部分和单模光纤后一部分，单模光纤前一部分在外加应力的作用下产生可变延迟，单模光纤后一部分作为非线性介质发生交叉相位调制效应。

所述的待测光学任意波形和参考脉冲经前一部分单模光纤传输后产生可变延迟。

所述的待测光学任意波形输入端输入的待测光学任意波形与参考脉冲输入端输入的参考脉冲在单模光纤后一部分中发生交叉相位调制效应，使得产生的信号脉冲携带了待测光学任意波形的信息，利用电荷耦合元件和光谱仪记录下信号脉冲的行迹图。

所述的电荷耦合元件和光谱仪记录下的行迹图通过基于矩阵的主元素广义投影算法进行二维相位恢复，从而实现光学任意波形幅度和相位的测量。

有益效果：本发明提出的基于单模光纤的交叉相位调制型互相关频率分辨光学开关光学任意波形测量装置，具有很高的测量准确性，可望在光学任意波形产生及其测量领域得到重要的应用。

创新之处在于：

(1)利用一根单模光纤实现可变延迟和非线性效应，无需复杂的光路调节和校准，结构简单，成本低廉。

(2)光纤中的交叉相位调制效应易发生，无需满足特定的相位匹配条件。

附图说明

图1为本发明基于单模光纤的交叉相位调制型互相关频率分辨光学开关光学任意波形测量装置的结构图。

图2为待测的以及恢复的简单光学任意波形幅度和相位。

图3为待测的以及恢复的复杂光学任意波形幅度和相位。

图中有：待测光学任意波形输入端1、参考脉冲输入端2、第一偏振控制器3、第二偏振控制器4、耦合器5、单模光纤6、单模光纤前一部分61、单模光纤后一部分62、偏振分束器7、电荷耦合元件8和光谱仪9。

具体实施方式