一种分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法、系统、设备及介质与流程

本技术涉及光学设备的测试领域，特别是涉及一种分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、光纤激光器具有结构紧凑、转换效率高、光束质量优良和热管理方便的优点，使其在工业加工、国防军事、医疗和科研等领域有着广泛的应用前景。随着双包层泵浦技术和高亮度泵浦源的快速发展，光纤激光器的输出功率得到了快速提升，但双包层泵浦技术中端面功率密度过大引起的热致损伤问题给光纤激光器功率持续提升带入了极大的不稳定性。与之相反，将耦合区域改为光纤侧面的分布式侧面耦合包层泵浦（distributed side-coupled cladding-pumped，dsccp）光纤，也被称作gtwave、复合光纤等，在一定程度上改善了这些问题。

2、dsccp光纤由一根信号纤（含具备增益能力的纤芯）和若干根泵浦纤通过两种光纤紧密贴合组成，信号纤和泵浦纤侧面接触，泵浦光从泵浦纤注入并通过侧面以倏逝波的形式耦合进信号纤。

3、主流的高功率泵浦方案包含端面泵浦合束器、侧面泵浦合束器和分布式侧面耦合包层泵浦。其中端面泵浦合束器技术成熟应用场景最为广泛，但反向集数器制备难度较高，光束畸变难以完全消除，在高功率下难以持续提升负载能力。侧面泵浦合束器在一定程度上改善了其光束畸变问题，但制备工艺并不成熟，并未实现大规模工程应用。dsccp光纤得益于自身设计天然适合多种不同泵浦方式，热分布也更均匀，可以有效缓解目前双包层光纤的难题。

4、在分布式侧面泵浦方案中，dsccp光纤中物理过程可分为耦合和吸收两个过程。在耦合过程中泵浦光从dsccp光纤的泵浦纤端面注入并在泵浦纤中传输，同时部分泵浦光逐步由侧面耦合至信号纤包层中。在吸收程中，耦合进去信号纤包层的泵浦光被信号纤纤芯掺杂稀土离子吸收并形成受激辐射，最终实现从信号纤中注入的信号光增益放大。使用泵浦源注入一定泵浦功率的泵浦光进入泵浦纤，通过光纤逐段截断方法后，在截断口处以功率计从端面测量输出功率，获取一系列间隔的离散点的数值，并通过分离法在一些离散点的数值化剧烈的位置来减小步长，获取更精确的效果。

5、然而，尽管现有分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法在实际中可行，但是仍然存在诸多缺点，例如，测量步骤极其复杂、耗费时间较长、步长大、测量具有破坏性、测量效率偏低以及无法复现等，这些缺点使得现有分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法对于精细化研究耦合过程缺乏较高的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法、系统、设备及介质，能够解决现有技术存在的对于精细化研究耦合过程缺乏较高的稳定性和可靠性的问题。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种基于光频域反射技术实现的分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法，包括：

4、获取待测分布式侧面泵浦光纤的电学拍频信号；

5、基于所述电学拍频信号得到拍频信号强度的振幅分布；所述拍频信号强度的振幅分布为包含泵浦能量由泵浦纤耦合至信号纤的耦合系数信息以及相反过程耦合系数信息的振幅分布；

6、基于所述拍频信号强度的振幅分布按照初始点位置强度的振幅进行归一化处理，得到待测分布式侧面泵浦光纤中的泵浦功率；

7、对所述泵浦功率进行拟合得到泵浦能量由泵浦纤耦合至信号纤的耦合系数以及相反过程耦合系数。

8、可选地，基于所述电学拍频信号得到拍频信号强度的振幅分布，具体包括：

9、基于所述电学拍频信号确定拍频信号强度的振幅以及初始相位；

10、基于所述振幅和所述初始相位确定拍频信号强度；

11、对所述拍频信号强度进行傅里叶变换得到频谱分布；

12、基于所述频谱分布进行坐标转换，得到所述拍频信号强度的振幅分布。

13、可选地，基于所述频谱分布进行坐标转换，得到所述拍频信号强度的振幅分布，具体包括：

14、将所述频谱分布的横坐标数据转换为待测分布式侧面泵浦光纤的纵向坐标数据，得到与待测分布式侧面泵浦光纤中纵向坐标对应的拍频信号强度的振幅，以生成所述拍频信号强度的振幅分布。

15、可选地，所述拍频信号强度的振幅以及初始相位表示为：

16、；

17、式中，表示待测分布式侧面泵浦光纤中位置的拍频信号强度的振幅，表示待测分布式侧面泵浦光纤中位置的拍频信号强度的初始相位，表示激光振幅，表示比例系数，表示初始泵浦功率，表示初始频率，表示时延，表示扫频速率，表示泵浦能量由泵浦纤耦合至信号纤的耦合系数，表示相反过程耦合系数，为自然对数，为圆周率。

18、可选地，待测分布式侧面泵浦光纤中的泵浦功率表示为：

19、；

20、式中，表示待测分布式侧面泵浦光纤中位置的泵浦功率，表示待测分布式侧面泵浦光纤中位置的拍频信号强度的振幅分布，表示待测分布式侧面泵浦光纤初始点位置强度的振幅，表示泵浦能量由泵浦纤耦合至信号纤的耦合系数，表示相反过程耦合系数，为自然对数。

21、第二方面，本技术提供了一种分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量系统，包括：调谐光源、第一耦合器、第二耦合器、光电探测器、环形器和处理模块；

22、调谐光源输出的激光经所述第一耦合器后被分为两束；一束激光作为探测光经所述环形器后进入待测分布式侧面泵浦光纤，形成反向瑞利散射光，将形成的所述反向瑞利散射光作为信号光；另一束激光作为参考光；所述信号光经所述环形器后与所述参考光在所述第二耦合器中相干形成外差干涉得到干涉光；所述干涉光进入所述光电探测器后产生电学拍频信号；

23、所述光电探测器与所述处理模块电连接；所述处理模块实施上述提供的分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法，基于所述电学拍频信号得到待测分布式侧面泵浦光纤中泵浦能量由泵浦纤耦合至信号纤的耦合系数以及相反过程耦合系数。

24、可选地，所述处理模块包括：示波器和上位机；

25、所述光电探测器和所述上位机均与所述示波器电连接。

26、可选地，所述分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量系统基于光频域反射技术完成分布式侧面泵浦光纤耦合系数的测量。

27、第三方面，本技术提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述提供的分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法。

28、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述提供的分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法。

29、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

30、本技术提供了一种分布式侧面泵浦光纤耦合系数无损测量方法、系统、设备及介质，基于光频域反射技术可以实现分布式侧面泵浦光纤耦合系数的无损、精确测量，基于所述电学拍频信号得到拍频信号强度的振幅分布，提升了测量耦合系数的速度。同时，本技术采用光频域反射技术不需要截取光纤长度，提高了整段分布式侧面泵浦光纤的利用效率，进而能够解决现有技术存在的对于精细化研究耦合过程缺乏较高的稳定性和可靠性的问题。