论文题目：Dispersion Measurement with Optical Computing Optical Coherence Tomography

期刊：Photonics

作者：Wenxin Zhang,Zhengyu Chen,Xiao Zhang,Chengming Wang ,Bin He,Ning Liu,Yangkang Wu,Yuxiu Tao,Ning Zhang and Ping Xue

发表日期：17 January 2022

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期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/photonics

原文作者简介

通讯作者：薛平

清华大学物理系教授、博士生导师、中国物理学会科普委员会副主任。已发表研究论文150余篇、发明专利15项，被国际会议邀请作报告数十次。曾主持和参与863、973及国家基金委重大研究计划、科学仪器重大专项和联合基金等项目。

研究领域：高速光信息处理、激光物理、生物医学光子学、激光谱学及冷原子物理等。

第一作者：章文欣

南京邮电大学电子与光学工程学院和柔性电子学院讲师。研究方向为光学相干层析成像、图像处理等。

共同第一作者：陈政宇

清华大学物理系在读博士，研究方向为光学相干层析成像。

引言

光纤的色散参数测量在光纤工业中拥有十分重要的地位。传统的色散测量方法，如脉冲延迟法 (Pulse Delay Measurements)，使用多个单色光源，利用不同波长的光在光纤中传播时间的差异，计算样品光纤的折射率及色散参数。其他一些方法，如移相法 (Phase Shifting Method)、干涉法 (Interference Method) 等，相比于脉冲延时法，对光源的要求有所降低，但若要求高测量精度或较大测量范围，则这些方法仍需较高的成本与操作复杂度。最近，清华大学薛平教授及其团队在Photonics 期刊发表文章，介绍了基于光计算光学相干层析成像 (OC-OCT或OC2T) 的光纤色散测量实验，提供了一种新型的可以实现大范围与高精度的色散测量方法。

研究过程与结果

光计算OCT中，干涉信号的位置与分辨率会受到光计算光路中色散介质群速度色散与三阶色散的影响，利用该特征可以测量光纤色散。如图1所示，光计算OCT使用光强度调制器MZM对SLD光源发出的光进行时域调制，色散光纤随后将该调制映射在频域上，在频域上形成近似余弦函数的强度变化，该调制将作为光学傅里叶变换的变换核。随后，光进入干涉仪，傅里叶变换核与干涉光谱信号相乘，最终在探测器处实现对样品信号的逆傅里叶变换操作。由于不同的色散光纤将调制从时域映射到频域的效果不同，其傅里叶变换核的中心频率与频率误差也不同，相应的结果参数与准确度也将发生变化。因此，改变OCT干涉仪中样品臂与参考臂之间的光程差，获取信号位置、信号宽度与光程差之间的关系，即可拟合得到色散光纤的群速度色散与三阶色散。作为实例，文中测量了10 km单模光纤、100 m色散补偿光纤与10 m色散补偿光纤的色散参数，如表1所示。

图1. 光计算OCT测量光纤色散光路图。

表1. 光纤色散测量结果。

其中，10 km单模光纤的测量结果如图2所示。信号位置与展宽参数均与光程差之间呈线性关系。拟合结果显示，测量值与厂家标称值吻合得很好。

图2. 10 km单模光纤的测量结果。

研究总结

文章介绍了一种利用光计算OCT测量光纤色散的方法。该方法最终测量结果由多个测量点做直线拟合、计算斜率获得，因此具有很高的测量精度；而光计算OCT所采用的光源强度时序调制的灵活性保证了该方法可以实现较大的测量范围；该实验对光源及光路组件的要求较低，整个装置的复杂性较低，是一种新型的大范围与高精度的色散测量方法。

原文来自Photonics 期刊介绍

Zhang, W.; Chen, Z.; Zhang, X.; Wang, C.; He, B.; Liu, N.; Wu, Y.; Tao, Y.; Zhang, N.; Xue, P. Dispersion Measurement with Optical Computing Optical Coherence Tomography. Photonics 2022, 9, 48.

Photonics 期刊介绍

主编：Nelson Tansu, The University of Adelaide, Australia

期刊出版光学和光子学相关的基础理论和应用方面的学术文章，涵盖量子光学、微纳光学、光电子学、光谱学、集成光学、生物医学光子学、光子功能材料、激光器与激光光学、光纤光学与光通信、光传感、经典光学等方向。

2020 Impact Factor：2.676

2020 CiteScore：3.5

Time to First Decision：14.7 Days

Time to Publication：35 Days