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用光学信息处理方法测量单模光纤中的场分布 】994年1月通信 第15卷第】期JOURNALOFCHINAINSTITUTEOFCOMMUNICATIONS V0ll5NoL Jan.1994 可——————～酾 用光学信息处理方法测量单模光纤中的场分布 V 杨大客陈鹤呜杜建昌 —蘸京2㈣3) 摘要与近场,远场测量法不同,以计算全息法制作高斯拉盖尔函数空同匹配滤波器,并用光 学信息处理方法测量单模光圩中的场分布,很容易测得以高斯拉盖尔函数作为正交基元函数进行 展开的各项系数,并能方便地得到该函数的解析表达式,其结果是非常接近于本文所用被测光纤 的实际场分布I. 关键词光学信息处理单模光导圩维测量方法场分布釜革.i一’～—r1 Single——ModeFiberMode—.FieldDistributionMeasurement byOpticalProcessingMethod YangDarongChenHemingDuJianchang (NanjingInstituteofPostsandTelecommunications.NanjingZ]0003) AbstractAD.eWmethodforfielddistribudopcmeasuTementipcsingle—modefibersispresentedipcthispaper. Matchedspatialfiltermadebycomputer—generatedhologramwithGauss—Iaguerre{unctiopcisueedforoptical informationprocessing,whichisdifferentfromboththePc~arand拙r_fieldapproach.Coefficlepctsofthe Gauss—Laguerre(G—IJexpansionaremeasuredtofittherealfielddistribution,whichdirectlyleadstothe apcalytiea[expTessi0nofGLapproximatiopcTheresultsdeterminedhythismethodcoincidewel】withthe measuredfietddistributionofSMFusedinout-experiment. keywordsopticalinformationprocessing,sipcglemodeopticalfiber,measurementmethods,fielddistribu: tion 1引言 单模光纤中场分布的测量,对于确定单模光纤的特性参数具有重要意义,通常是用近 场或远场法进行测量0].近场法简单方便,但却不能从测量中直接得到场分布的函数表达 式,若用较复杂的函数进行很好地拟台,则须较高的测量精度和较大的数据量.远场测量法 则要求光电检测器动态范围大,灵敏度高,这些都是较困难的.本文提出了完全有别于近场, 远场测量法的光学信息处理方法一光学匹配滤波器测量单模光纤中的场分布,即将单模光纤 中场分布按一组正交基元函数展开0],用计算全息方法[9,1~,1Z3制作这一函数的光学匹配滤波 器,在并不复杂的4,光学系统中很容易测得该正交基元函数展开式的各项系数,从而能方便 地得到被测光纤中场分布的解析表达式.实验表明,其结果是非常接近实际的场分布. 2y=占} 这里(,)是归一化正交函数,是Kronecker记号,从(2)式可得到展开系数C为: C一jj(z.)(,y)dxdy,∑f一1(3) . 考虑到尽量减少测量点数,展开项数越少越好,即C的收敛要快,则选择高斯一拉盖尔函数 (GL模)Q(r)作为正交基元函数.则: M (r):∑c(r)(4) l Q一eLl(2r)(5) 式中一√/.,‰为基模的模场半径,为径向脚标,L是拉盖尔多项式.Q岳(r)满足正 交,归一和完备条件: 2lQ(r)QO-)rdr=∑1c1一1(6) : 式中为展开项数,可较方便地利用光学信息处理的方法进行测量和确定,只要能制得该 正交基元函数的光学匹配滤渡器.考虑如图1所示的光学4,系统,在输人面0上放置单模光 纤的输出端,在频谱面F处放置由计算全息法制得的正交基元函数:(z,)的光学匹配滤渡 器,则在F面上得到单模光纤场分布函数(,)的付里叶变换(,ky)与正交基元函数 +)的付里叶变换(,ky)的乘积k~(kx,)(kx,ky).根据卷积定理可得到这二 函数的卷积: 图1测量系统简图一4,光学系统 K(4,)=F一((矗,Y)(,矗))一』』(,)一矗,一yk)dzd(7) 式中F..表示付里叶逆变换比较式(3)和式(7)可见当z一一0时C一K(0,.)此时在