基于调制相移法的高准确度光纤长度测量技术

为了克服传统调制相移法测量频率范围窄、测量准确度低的缺点,提出一种基于调制相移法的单模光纤长度精确测量技术.利用一体化矢量网络分析仪的高速调制信号同步技术及高频信号相位差测量技术,设计并研制了单模光纤长度测量装置.基于矢量网络分析仪自带的VBA插件编写了自动控制及数据处理软件,给出了相位变化量自动处理方法.利用研制的装置分别测量了长度为2km、40km和150km的单模光纤在不同工作波长点的长度值,实验结果表明,2km的光纤长度测量值实验标准偏差优于0.2mm,150km的光纤长度测量值实验标准偏差接近0.01m.该装置可对1 310nm、1 490nm以及1 550nm波长的光纤距离进行精确测量,为光纤长度的高准确度测量提供了一种新的技术途径.

一种相干光时域反射计长度校准方法研究

为满足相干光时域反射计(COTDR)在长距离通信状态监测中的长度校准需求,提出一种新型相干光时域反射计长度校准方法。该方法是利用光在光纤环中不断循环的原理,基于该原理研制COTDR长度校准装置,该装置是利用函数发生器发出的脉冲频率和脉冲宽度来控制光开关的开断时间,最终实现光在光纤环路中传播时间的控制。如果在光纤环路中加入光纤放大器,可以实现不同长度光纤链路的模拟,最终实现对相干光时域反射计长度的校准。实验结果表明:该装置中使用的光纤长度为150 km,光脉冲在光纤环路中最多能转7圈,因此该装置能够实现相干光时域反射计长度校准的最大范围为1050 km,其扩展不确定度为7.0 m,其中包含因子k为2。该方法不仅可以促进相干光时域反射计技术的发展,也为COTDR的长度校准提供思路。

一种便携式多波段光谱辐射计的研制

为满足空间光学遥感仪器地面定标设备校准的应用需求,基于标准探测器的辐亮度传递原理,研制光阑筒式结构的多波段辐射计。介绍多波段辐射计的工作原理和研制过程,该仪器具有10个测量通道,利用窄带干涉滤光片进行分光,工作波段分布于400~1 000 nm之间,辅以视场光阑、孔径光阑限制入射面积及立体角,以硅光电二极管探测器作为探测部件实现辐亮度高精度测量。该仪器具有自校准光源监测系统的稳定性,并利用CCD瞄准器实现观测目标的可视化,测量过程方便。对该仪器光谱辐亮度测量不确定度进行评估,其测量不确定度优于1.30%。

基于双芯光子晶体光纤的耦合器设计方法

采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先,根据双芯耦合原理,使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计,明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用,提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后,根据这一耦合器设计方法,提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55μm区间实现了50%±5%的耦合比,带宽为240 nm,并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。

基于Sagnac干涉仪的光纤长度测量方法

新一代光纤传感系统对光纤长度测量精度的要求越来越高,因此提出了一种基于Sagnac干涉仪的光纤长度测量方法,介绍了该测量方法的基本原理和实验装置,并进行了不同长度光纤的测量实验,研究了光源偏振态和光纤扰动对测量结果的影响。结果表明,所提方法的测量精度可以达到厘米量级,测量范围可以达到1~10km。

基于光脉冲延迟法的光纤长度测量方法

提出了一种基于光脉冲延迟的光纤长度测量新方法。该方法中，光源被调制后经光纤耦合器分成两路，分别经过被测光纤和参考光纤，调节调制信号的频率使两路信号重合，通过调制频率分析计算出被测光纤的光纤长度。该技术与传统的光时域反射计（OTDR）相比，测量精度由米级提高到厘米级；与光频域反射计（OFDR）、光相干域反射测量仪（OCDR）及基于频移不对称Sagnac干涉仪相比，其对光源的稳定性和相干性要求较低，系统易于实现。实验结果表明，基于光脉冲延迟的光纤长度测量方法不仅测量动态范围大而且测量精度也很高，850 nm波段和1300 nm波段测得的多模光纤最大长度分别为10 km和20 km，测量精度可以达到厘米级。

温度对光纤长度测量精度影响的研究

理论分析了温度通过热胀冷缩效应对光纤长度产生影响的机理，并在不同波长情况下通过不同长度的光纤进行了实验验证。实验结果表明：在不同波长下，当温度每变化1℃时每千米单模光纤长度改变量相差不大；对于不同长度的光纤，当温度每变化1℃时单模光纤长度改变量与光纤长度基本呈正比例关系，基本与理论分析结果一致。

高精度多波段空间光通信端机远场分布测试系统研究

分析了基于透镜的傅里叶变换特性实现空间光通信端机远场分布测试原理，以球差、彗差为代表模拟测试系统自身像差对焦面光强分布的影响，由结果可以看出球差主要影响最大光强，其分布仍然保持旋转对称性，而彗差不仅使得光强峰值减弱，且接收面上光强变为非旋转对称分布，当系统像差均方根（RMS）值小于0．02λ时，最大光强的变化小于0．2％，可以忽略不计。基于以上分析，设计了离轴卡塞格林长焦系统，利用Zemax-EE对系统进行了分析，分析结果表明，在整个工作波段（800～1700nm）内，中心视场RMS值为0．0001λ，全视场点列图均远优于衍射极限。对研制完成的远场分布测试系统进行了测试，得到的光斑暗环实际值与理论值的误差均在2．5％以内，满足要求。