一种用于大芯径光纤光栅测试系统及方法与流程

1.本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种用于大芯径光纤光栅测试系统及方法，可以测量不同环境下光栅的性能变化。


背景技术：

2.光纤光栅是实现全光纤激光器的关键器件。光纤光栅作为一种低损耗的光纤器件，具有较好的波长选择性，选用高功率光纤光栅作为高功率光纤激光器的谐振器腔镜不仅可以简化激光器的结构，同时提高了激光器的信噪比和稳定性，使激光器的输出功率更高，输出激光波长更稳定，输出带宽更窄，输出光束质量更高，高功率光纤光栅以其损耗低，使用稳定灵活，易于选频等优点，成为了高功率光纤激光器的首选谐振腔腔镜。高功率光纤光栅的参数对光纤激光器的性能有着多方面的影响，因而准确测量外界环境对光纤光栅的参数的影响可以更好地评价光纤光栅对光纤激光器性能的影响。
3.但目前的光栅的测量平台以及方法都只能在某一环境变量下测试光纤光栅的性能变化，并未有针对光纤光栅在多重环境参数下工作性能进行测试的装置。光栅在实际使用过程中会面临多重复杂环境的工作情况，只是测量单一环境的工作性能，不能精准的评价光纤的性能指数以及对光纤激光器性能的影响。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于大芯径光纤光栅测试系统及方法，计算机控制系统控制所述温度控制装置、湿度控制装置与拉力控制装置，为测试光纤提供不同的环境参数，光经过光栅后，波长在光栅工作波段内的光被反射沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪测量输出光谱，使光纤光栅工作在不同的环境中，用来测量温度、湿度与拉力对光纤光栅性能的影响。
5.为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于大芯径光纤光栅测试系统，包括：设于测试光纤一端依次成光路连接的ase宽带光源、光纤环形器、光谱仪和模式匹配器mfa，所述ase宽带光源作为光源，以光谱仪作为接收仪器，通过光纤环形器区分反射光与透射光，根据反射谱获取光栅的中心波长和带宽参数并计算得到反射率参数，通过模式匹配器mfa将需要测试的大芯径光纤光栅所在的单模光纤和大模场双包层光纤熔接后，进入被测试的测试光纤；设于所述测试光纤另一端的测试箱体，该测试箱体内设有湿度控制装置、温度控制装置和拉力控制装置；以及设于所述测试箱体一侧与其通讯连接的计算机控制系统，计算机控制系统用于控制所述温度控制装置、湿度控制装置与拉力控制装置，为测试光纤提供不同的环境参数，光经过光栅后，波长在光栅工作波段内的光被反射沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪测量输出光谱。
6.进一步地，所述温度控制装置包括套设于所述测试光纤上的铜热沉、设于所述铜热沉外侧的tec。
7.进一步地，所述温度控制装置包括设于所述铜热沉与tec之间的导热垫。
8.进一步地，所述温度控制装置包括设于所述铜热沉内部的热电偶。
9.进一步地，所述湿度控制装置包括设于所述测试箱体内壁上的防潮管及加湿器。
10.进一步地，所述湿度控制装置包括设于所述测试箱体内壁上的湿度传感器。
11.进一步地，所述拉力控制装置包括设于所述测试光纤上的光纤夹具。
12.进一步地，所述拉力控制装置包括设于所述光纤夹具内的电位移平台。
13.进一步地，所述光纤环形器包括第一光纤环形器端口、第二光纤环形器端口以及第三光纤环形器端口。
14.按照本发明的第二方面，提供一种用于大芯径光纤光栅测试方法，包括如下步骤：s100：以宽带光源作为光源，以光谱仪作为接收仪器，通过环形器实现反射光与透射光的区分，根据反射谱获取光栅的中心波长和带宽参数，根据透射谱计算得到反射率参数；s200：通过s100操作确定光纤光栅的反射中心波长和带宽后，适时选择谱线在较长的一段波长范围光功率近似相等的ase光源；s300：ase光源发出光，经过光纤激光器判别为输入光后，通过模式匹配器mfa进入被测试的光栅；s400：通过计算机控制系统控制温度控制装置，湿度控制装置与拉力控制装置，为光纤光栅提供不同的环境参数；s500：光经过光栅后，波长在光栅工作波段内的光被反射，沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪，光谱仪测量输出光谱。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1.本发明的系统，计算机控制系统控制所述温度控制装置、湿度控制装置与拉力控制装置，为测试光纤提供不同的环境参数，光经过光栅后，波长在光栅工作波段内的光被反射沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪测量输出光谱，使光纤光栅工作在不同的环境中，用来测量温度、湿度与拉力对光纤光栅性能的影响。
16.2.本发明的系统，使用模式匹配器mfa解决了单模光纤与双包层光纤的匹配问题,可以更加精准的模拟光栅工作环境，测量光栅的性能系数。
17.3.本发明的系统，湿度传感器、防潮管与加湿器构成了湿度控制装置，湿度传感器起到实时监测测试箱体的湿度的作用，防潮管与加湿器的开启和关闭，能够实现测试箱体内湿度的精确控制。
18.4.本发明的系统，结构热电偶、tec、导热垫与铜热沉构成了温度控制装置，热电偶是一种测温元件，它直接测量温度，可以实时监控测试并调节箱体内的温度。
19.5.本发明的方法，以宽带光源作为光源，以光谱仪作为接收仪器，通过环形器实现反射光与输入光的区分，根据反射谱获取光栅的中心波长和带宽参数，然后进行光栅性能测量，实现光栅的性能系数测量。
附图说明
20.图1为本发明实施例一种用于大芯径光纤光栅测试方法流程示意图；图2为本发明实施例一种用于大芯径光纤光栅测试系统结构示意图；图3为本发明实施例一种用于大芯径光纤光栅测试系统入射光经过部分结构示意图；图4为本发明实施例一种用于大芯径光纤光栅测试系统反射光经过部分结构示意图。
21.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-测试光纤、2-测试箱体、3-湿度传感器、4-光纤光栅、5-防潮管、6-加湿器、7-热电偶、8-tec、9-导热垫、10-铜热沉、11-光纤夹具、12-电位移平台、13-模式匹配器mfa、14-光纤环形器、141-第一光纤环形器端口、142-第二光纤环形器端口、143-第三光纤环形器端口、15-ase宽带光源、16-光谱仪、17-计算机控制系统。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
23.实施例1如图1所示，本发明实施例提供一种用于大芯径光纤光栅测试方法。首先以宽带光源作为光源，以光谱仪作为接收仪器，通过环形器实现反射光与输入光的区分，根据反射谱获取光栅的中心波长和带宽参数，然后进行光栅性能测量，具体步骤如下：步骤s100：通过上述操作确定光纤光栅的反射中心波长和带宽后，选择谱线在较长的一段波长范围光功率近似相等的ase光源；步骤s200：ase光源发出光，经过光纤激光器判别为输入光后，通过模式匹配器mfa进入被测试的光栅；步骤s300：通过计算机控制系统控制温度控制装置，湿度控制装置与拉力控制装置，为光纤光栅提供不同的环境参数；步骤s400：光经过光栅后，波长在光栅工作波段内的光被反射，沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪，光谱仪测量输出光谱。
24.实施例2如图2所示，本发明实施例提供一种用于大芯径光纤光栅测试系统，设于测试光纤1一端依次成光路连接的ase宽带光源15、光纤环形器14、光谱仪16和模式匹配器mfa13，所述ase宽带光源15作为光源，以光谱仪16作为接收仪器，通过光纤环形器14区分反射光与透射光，根据反射谱获取光栅的中心波长和带宽参数并计算得到反射率参数，通过模式匹配器mfa13进入被测试的测试光纤1；设于所述测试光纤1另一端的测试箱体2，该测试箱体2内设有湿度控制装置、温度控制装置和拉力控制装置；以及设于所述测试箱体2一侧与其通讯连接的计算机控制系统17，计算机控制系统17用于控制所述温度控制装置、湿度控制装置与拉力控制装置，为测试光纤1提供不同的环境参数，光经过光栅后，波长在光栅工作波段
内的光被反射沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪测量输出光谱。
25.具体而言，测试系统包括测试光纤1、测试箱体2、湿度传感器3、光纤光栅4、防潮管5、加湿器6、热电偶7、tec8、导热垫9、铜热沉10、光纤夹具11、电位移平台12、模式匹配器mfa13、光纤环形器14、第一光纤环形器端口141、第二光纤环形器端口142、第三光纤环形器端口143、ase宽带光源15、光谱仪16以及计算机控制系统17。所述的结构湿度传感器3、防潮管5与加湿器6构成了本发明实施例装置的湿度控制装置。湿度传感器3起到实时监测测试箱体2的湿度的作用，防潮管5与加湿器6的开启和关闭，能够实现测试箱体2内的湿度控制。所述的结构热电偶7、tec8、导热垫9与铜热沉10构成了本发明实施例装置的温度控制装置。热电偶7是一种测温元件，它直接测量温度，可以起到实时监控测试箱体2的温度的作用。tec8是一种半导体制冷片，它的工作原理是利用半导体材料的珀尔帖效应，所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象，制冷还是加热，以及制冷、加热的速率，都可以控制通过它的电流方向和大小来决定。导热垫9起到传输温度的作用；而铜热沉10有着温度不随传递到它的热能的大小变化而变化的特性，起到保持工作环境稳定的作用。当光纤光栅需要加热时，tec8制冷片与导热垫9紧密接触的一面成为加热面，然后通过铜热沉10传输给光纤光栅；当光纤光栅需要制冷时，tec8制冷片与导热垫9紧密接触的一面成为制冷面，然后通过铜热沉10传输给光纤光栅。
26.更具体地，所述的结构光纤夹具11与电位移平台12构成了本发明实施例装置的拉力控制装置。光纤夹具11起到把光纤光栅4固定在测试箱体2中的作用。通过电位移平台12拉伸光纤光栅，增加或减少施加在光纤光栅4上的拉力。
27.更具体地，模式匹配器mfa 13起到将需要测试的大芯径光纤光栅所在的单模光纤和大模场双包层光纤熔接起来的作用。常规光纤元件和测试仪器大多用单模光纤作为输入输出的接口，而双包层光纤的纤芯很粗，与单模光纤直接连接时将引入很大的插入损耗和回波，不仅会影响测试的精度，而且对使用性能带来很多干扰，而模式匹配器mfa 13提供了一种低插入损耗和低回波的连接手段。
28.更具体地，光纤环形器14可以实现反射光与输入光的区分，如图3所示，输入光从第一光纤环形器端口141进入，从第二光纤环形器端口142输出，经过模式匹配器mfa13传输给光纤光栅4；波长在光纤光栅4工作波段内的光被发射，如图4所示，反射光经过原光路返回，从第二光纤环形器端口 142输入，从第三光纤环形器端口 143输出给光谱仪16，进而测量输出光谱。ase宽带光源15起到发射光的作用。
29.更具体地，计算机控制系统17起到控制温度控制装置、湿度控制装置与拉力控制装置的作用，实时进行调解光纤光栅4所在的工作环境参数。
30.进一步的，利用本发明实施例的一种用于大芯径光纤光栅测试系统测试光纤光栅的方法，包括下列步骤：步骤1，以宽带光源作为光源，以光谱仪作为接收仪器，通过环形器实现反射光与透射光的区分，根据反射谱获取光栅的中心波长和带宽参数，根据透射谱计算得到反射率参数；步骤2，通过上述操作确定光纤光栅的反射中心波长和带宽后，适时选择谱线在较长的一段波长范围光功率近似相等的ase光源；
步骤3，ase光源发出光，经过光纤激光器判别为输入光后，通过模式匹配器mfa进入被测试的光栅；步骤4，通过计算机控制系统控制温度控制装置，湿度控制装置与拉力控制装置，为光纤光栅提供不同的环境参数；步骤5，光经过光栅后，波长在光栅工作波段内的光被反射，沿原光路返回，在经过光纤环形器时被判别为反射光，传输入光谱仪，光谱仪测量输出光谱。
31.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。