一种用于激光器噪声测量系统的光纤连接方法及装置与流程

1.本发明涉及激光测试技术领域，具体的说是涉及一种用于激光器噪声测量系统的光纤连接方法及装置。


背景技术：

2.应用在相干光通信的激光器需要非常好的噪声特性。相干光通信技术有2个典型的应用：1)数据通信传输，这是光电的主要技术领域，相干是指在光通信的接收端，通过相干检测技术来提取信号。如果相干检测所使用的激光器噪声越小，所提取的信号就越清晰；或者能够在接收端所接收到的更加微弱的信号中，正确地提取出原始的发送信号。2)自动驾驶激光测距，随着汽车自动驾驶技术的不断发展，对前方目标的测距精度和测量范围提出了更高的要求。相干光检测是目前在500米或更远的前方进行测距的唯一手段，测量的分辨率可达1厘米以下；应用于自动驾驶测距的相干光检测激光器，同样要求激光器具有很低的强度噪声和相位噪声。
3.随着激光器相干光通信技术的发展，出现了针对激光器的强度噪声(rin，relative intensity noise)和相位噪声(pn，phase noise)等的噪声测试需求。现有的激光器(芯片)噪声测量系统如图1。现有的激光器噪声测量系统，图中激光器芯片上的发光波导发出的激光，经过透镜的折射，在耦合点进入测量光纤；耦合进光纤的光功率(假设此功率值为0db)几乎无损耗地传输至测试设备，测试设备在理论上会形成一定的反射，实际工程上这一反射量在-10～-20db之间，为便于描述取典型值-13db。
4.设备的反射光功率会几乎无损耗地传输至耦合点，在耦合点处得到-13db的反向光功率，此反向光功率会部分经过透镜返回到激光器芯片上的发光波导，从而对激光器本身的噪声特性形成影响。
5.现有的改进方法，在光纤中或者透镜之间加入隔离器(isolator)，隔离器只允许光进行单向传输，这样也许可以消除反射，如图2。但是，此改进方法存在应用障碍：1)在耦合透镜之间加入隔离器理论上可行；但在工程实践中，在准直透镜和耦合透镜(一般直径小于1毫米)之间加入隔离器，这需要搭建复杂昂贵的多维耦合系统。2)如果在光纤中加入隔离器，隔离器本身也会存在与测试设备同样的反射问题，实际上很多测试设备的输入端都装有隔离器；另外，用于噪声测量的“测量光纤”多数为保偏(偏振保持)光纤，用于保偏光纤的隔离器在市场上极其罕见。


技术实现要素：

6.本发明针对上述问题，提出一种用于激光器噪声测量系统的光纤连接方法，其中的激光器噪声测量系统包括激光器芯片、透镜和测试设备；所述激光器芯片中的发光波导发出激光，激光通过透镜后经过测量光纤连接到测试设备；所述连接方法是将透镜通过测量光纤连接到测试设备的方法，其特征在于，测量光纤从透镜开始，依次经过apc接头和pc接头后连接到测试设备，其中apc接头的斜面端与pc接头相邻。
7.进一步的，所述apc接头与pc接头之间具有间距。
8.进一步的，所述apc接头与pc接头之间具有介质，且apc接头与介质形成的反射损耗范围为-35～50db。
9.进一步的，所述apc接头与pc接头失配形成的插损范围为-2.5～3.5db。
10.进一步的，所述介质为空气，则apc接头与空气界面的反射损耗为-35～40db。
11.进一步的，激光信号经过pc接头到达测试设备后，测试设备的反射损耗为-13db，激光从测试设备回到pc接头后，再次经过pc接头和apc接头的插损为-2.5～3.5db，从而激光从透镜与测量光纤的耦合点到测试设备再回到耦合点总的损失为-18.39～19.39db。
12.本发明还提供了一种用于激光器噪声测量系统的光纤连接装置，所述激光器噪声测量系统包括激光器芯片、透镜和测试设备；所述激光器芯片中的发光波导发出激光，激光通过透镜后经过测量光纤连接到测试设备；其特征在于，还包括apc接头和pc接头，将透镜与测量光纤的连接点定义为耦合点，所述apc接头和pc接头设置在耦合点与测试设备之间的测量光纤上，且apc接头位于靠近耦合点的一侧，同时apc接头的斜面端与pc接头相邻。
13.在上述的方案中，本发明为了克服问题，主要是采用了通过2个接头的匹配来降低耦合点处的方向光功率。其中的难点在于，apc接头因为是带斜角的，其应用上通常不会与pc接头配合使用，而本发明的方案中，主要是克服了传统应用上的常规操作，将原本不会匹配使用的两种接头匹配使用后，取得了意想不到的可以在噪声测量中减弱反射的效果。
14.下面结合典型值对本发明方案的效果进行表述：
15.通常apc接头与pc接头之间的传播介质是空气，且apc接头与空气界面形成的反射损耗为-35db，再默认apc接头与pc接头失配形成的插损为-3db，令激光信号经过pc接头到达测试设备后，测试设备的反射损耗为-13db，激光从测试设备回到pc接头后，再次经过pc接头和apc接头的插损为-3db，从而激光从透镜与测量光纤的耦合点到测试设备再回到耦合点总的损失为-18.89db，从而与现有的噪声测量系统中的设备反射-13db相比，本发明的方法反射减弱约6db(至-18.89db)。
16.本发明的有益效果是：可以减弱反射，从而使系统的整体性能得到显著提升，可以得到更加准确的噪声测量结果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为现有的激光器噪声测量系统。
19.图2为加入隔离器的激光器噪声测量系统。
20.图3为本发明的激光器噪声测量系统。
21.图4为apc接头的结构示意图。
22.图5为错误的应用方式示意。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图3所示，本发明的连接方法主要是在测量光纤内加入由带斜角的apc(angle physical connector)连接器与平面的pc(physical connector)连接器，构成了一个连接器的失配。这种连接器的失配可以有效减弱由测试设备带来的反射。具体为：
25.1.耦合进光纤的光功率(假设为0db)几乎无损耗地传输至apc，apc与pc不能紧密接触中间有空气，apc与空气的界面会形成一定的反射约为-35db，如果是非空气介质，通常损耗的范围是-35～50db，该损耗如果越小，则本发明方法能取得的效果就越好。
26.2.apc与pc失配形成的插损(功率损耗)约为-3db(可能的范围-2.5～3.5db)；之后，从pc头几乎无损耗地传输至测试设备，测试设备的反射取典型值-13db(累计损耗-16db)；反射后的光几乎无损耗地反向传输至pc头。
27.3.pc头与apc头的失配再次形成约为-3db(基于实测结果)的插损，从而使返回至耦合点的反射光减至-19db(可能的范围值通常为18.5～19.5db)。加上前述的-35db反射，总共反射-18.89db。
28.与现有的噪声测量系统中的设备反射-13db相比，本发明的方法反射减弱约6db(至-18.89db)。对于现有的激光器抗反射能力来讲，大多数情况下反射对于激光器噪声的影响，可以用本发明的方法基本消除。注意，此时到达测试设备的光功率会减小约3db，这会对测试设备的灵敏度提出更高的要求；但系统的整体性能依然会显著提升，可以得到更加准确的噪声测量结果。
29.对于本发明中使用的apc和pc连接器，其本身为成熟的设备，使得本发明的设计具备成熟的应用基础，如图4所示，apc接头的一端为斜角，标准是与理想平面偏离8 /-1度，为“8
°
角斜头抛光插芯”。而pc接头的端部为“平头抛光插芯”，实际上是一个抛物面，因此在实际应用上，并不会将两者不匹配的连接器进行匹配使用。而在本发明中，针对激光器噪声测试系统中存在的激光反射问题，这两种不匹配的接头反而会取得意料不到的效果，因此得到了本发明的连接方法和装置。
30.本发明方法中的连接方式并不能随意的更改，例如图5，光纤接头连接的方向反了。由于pc头与空气的界面形成的反射会很高，理论计算和实际测量值均约为-15db。所以，在耦合点得到的反射功率为-13.54db(从测试设备返回的-19db加上此处的-15db)。与现有噪声测量系统中的“在耦合点处得到-13db的反向光功率”相比改善不大。另外，此时到达测试设备的光功率会减小约3db，这会对测试设备的灵敏度提出更高的要求。实际上，采用如图5的测量系统，综合效果会变得更差。
31.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。