[发明专利]一种基于稀土掺杂光纤折射率的测量系统的测量方法

摘要

本发明涉及一种基于稀土掺杂光纤折射率的测量系统的测量方法，主要解决现有测量系统测量速度慢，测量精度低，抗环境干扰性能较差的问题。本发明通过采用一种稀土掺杂光纤折射率测量系统，包括窄线宽DFB激光器、保偏光纤耦合器、光电探测器一、强度型光调制器、调制器驱动器、单模光纤耦合器、光电探测器二、待测稀土掺杂光纤、光电探测器三、信号源、功分器、IQ混频器、低通滤波器、数据采集和信号处理及显示模块的技术方案，较好地解决了该问题，可用于稀土掺杂光纤的测量。

主权项

1.一种基于稀土掺杂光纤的折射率的测量系统的测量方法，其特征在于，包括窄线宽DFB激光器(101)、保偏光纤耦合器(102)、光电探测器一(103)、强度型光调制器(104)、调制器驱动器(105)、单模光纤耦合器(106)、光电探测器二(107)、待测稀土掺杂光纤(108)、光电探测器三(109)、信号源(201)、功分器(202)、IQ混频器(203)、低通滤波器(204)、数据采集和信号处理及显示模块(205)；包括以下步骤：步骤一：选取一段长度为1m左右的稀土掺杂光纤并对其长度进行精确测量；系统上电后；步骤二：将信号源打开，将信号源频率设置为,首先不将待测光纤(108)接入到测量系统中，通过测试系统测量射频信号从信号源到达IQ混频器(203)射频输入端时的相位值，该值为测试系统的固有相位值，该步骤的目的是为了得到测试系统在没有待测稀土掺杂光纤时，中信号源端到IQ混频器射频输入端之间的固有相位值，以便在后续数据处理中将该系统固有相位值消除；步骤三：将待测光纤(108)接入到单模光纤耦合器(106)和光电探测器三(109)之间，由于光纤长度的增加，射频信号从信号源到达光电探测器三时其相位将发生变化，再次通过测试系统测量射频信号的相位值，该相位值包含了测试系统的固有相位值，因此由待测稀土掺杂光纤引起的相位变化量为；步骤四：通过计算并根据式（8）便可得待测稀土光纤的折射率；测量的工作原理如下：射频信号在光纤中传输，射频信号到达光电探测器三(109)的相位会随着光纤长度和折射率的变化而变化；当不将待测光纤接入到光载射频传输链路中，测量射频信号到达光电探测器三(109)的相位；然后将待测光纤接入到上述光载射频传输链路中，再次测量射频信号到达光电探测器三(109)的相位，根据相位差和待测光纤的长度能够得到待测光纤的折射率；假设信号源输出信号的频率为，该信号经功分器(202)后得到两个相同的微波信号，其中一路作为本振信号直接进入IQ混频器(203)的本振输入端，该信号可表示为：  （1）为信号幅值，为信号的初相位；功分器输出的另一路信号经过强度型光调制器(104)后得到光载射频信号，当一长度为，折射率为的待测稀土掺杂光纤(108)接入到测试系统的光纤链路中，将引起该光载射频信号相位的变化，相位的变化量为：  （2）式中为光速，由此导致光电探测器三(109)输出的射频信号可表示为：  （3）该射频信号进入IQ混频器后，混频器将该信号分为两路，一路信号作为I路输入射频信号与本振信号进行混频，另一路信号经过90度相移后作为Q路输入射频信号也与本振信号进行混频，则I路输出信号可表示为：  （4）Q路输出信号可表示为：  （5）将混频器输出的两路直流信号相除可得：  （6）由此，可得待测稀土掺杂光纤的折射率为：  （7）由于测试系统中的光纤器件都是普通单模光纤，并且含有射频电缆，因此测量时需要将这些器件引入的相位值扣除；因此，测量时，首先不将待测稀土掺杂光纤接入到系统中，根据混频器得到测试系统的固有相位值为，将待测光纤(108)接入到测试系统中后，再次通过测试系统测量射频信号的相位值，则由待测稀土掺杂光纤引起的相位变化量为，即由此，可得待测稀土掺杂光纤的折射率为：  （8）IQ混频器的输出为一直流电压信号，该直流电压信号经过低通滤波器滤波后进入数据采集和信号处理及显示模块进行数据采集、处理并将待测光纤的折射率通过显控系统显示。