激光干涉测速中信号光纤色散测量 dispersion measurement of signal optical fibers in visar.pdfVIP

第32卷第2期 爆 炸 与 冲 击 VoI．32。No．2 2012年3月 EXPI。OSIONANDSHOCKWAVES Mar．。2012 文章编号：1001—1455(2012)02—0179—06 激光干涉测速中信号光纤色散测量。 刘 乔，李泽仁 (中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900) 摘要：为对激光干涉测速系统(VISAR)中信号光纤的色散特性进行快速测量．搭建了一种基于时域法的 多模光纤色散测量装置．该装置由532 rim的皮秒激光器、快响应光电探测器以及宽带数字示波器组成．通 过对输入光纤前后的光脉冲时间宽度进行测量，来获得光纤的脉冲响应3dB脉宽(即色散时间)．利用该装 置分别对一根长度为123m的国产梯度折射率光纤以及一根10lrl长的阶跃折射率光纤在532nm波长附近 的色散特性进行了测量。测得的梯度折射率光纤色散时间为(683士16)ps，对应3dB频响带宽为646MHz； 阶跃折射率光纤色散时间为(1631士14)ps。对应频响带宽为271MHz。对实验结果进行了测量不确定度分 析。并与理论计算值进行了比较．获得了较好的一致性。研究表明，利用该实验装置，可对激光干涉测速应用 中信号光纤的色散特性进行迅速、准确的测量，从而为实验中信号光纤类型、长度等的合理选用提供参考． 关键词：爆炸力学色散测量；时域法；多模光纤 中国分类号：0384 国标学科代码：13035 文献标志码：A 激光干涉测速技术(VISAR)中常使用多模光纤来将激光传输到目标靶面并把包含被测目标速度 信息的漫反射光传输回干涉仪中进行干涉与检测。采用光纤传光能够克服空气扰动对测量的影响．可 使系统全天候工作，并且传输路径灵活可变、易于实现多点测量…。但在使用信号光纤传输带有速度信 息的反射激光过程中，由于多模光纤的模问色散限制了信号传输带宽．将造成干涉信号的对比度下降， 并使测量系统的时间分辨率受到限制，严重时还可能导致实验的失败心]。因此，信号光纤的色散特性是 激光干涉测速技术应用中需要重点考虑的一个影响因素，对其进行迅速、准确的测量具有重要意义。 目前用于光纤色散测量的方法主要分为时域测量旧4】和频域测量[512类，其中时域法测量原理简 单，结果直观，适合于多模光纤的色散特性测量。本文中介绍了一种基于时域法的多模光纤色散测量装 置，分析了测量原理，并利用该装置对2种实用的国产多模光纤的色散时间和频响带宽进行了实验研 究。本工作可为激光干涉测速系统中信号光纤的色散特性测量提供一种简便、可靠的手段。 l基本原理及实验布局 1．1基本原理 光纤色散是由于不同成分的光信号(不同模式或不同频率等)在光纤中传输时。因群速度不同产生 不同的时间延迟而引起的一种物理效应，主要包括模间色散和模内色散2类。色散带来的直接影响就 是光纤内传输光信号的时间展宽和波形畸变，因此对光纤色散的评估经常采用光信号的脉冲时间展宽 来描述。对多模光纤而言．模间色散是引起脉冲展宽的主要因素。模间色散产生于同一频率的光波以 不同模式在光纤中传输时由于群速度不同引起的时间延迟，由几何光学理论容易得到阶跃折射率多模 光纤和梯度折射率光纤的模间色散估箅公式分别为 ‘ ㈩ 研2 f V行i一 ， ‘ “=掣=争插NA一)≈半 ·收稿日期：2010一10-23；修回日期：2011—09一09 作者简介：刘 乔(1973一)．男．博士研究生．副研究员。 万方数据 180 爆 炸 与 冲 击 第32卷 h：△2