光纤是一种可以传输光的波导，在通信和生物医学应用中已变得无处不在，是一种通过光传输信息的廉价而有效的方法。然而，与任何其他电缆一样，光纤也会磨损，并可能给光学系统带来相位延迟、失真和反射。光纤必须进行校准，通常通过长度测量，以便了解其确切的传输特性。尽管对光纤进行精确校准的需求非常强烈，但这一过程传统上需要在成本或精度方面做出重大牺牲。
为了解决这个问题，教授团队的研究人员 泽维尔·阿坦杜 at 阿姆斯特丹联电 荷兰的研究人员开发出了一种高效、低成本的方法来表征光纤的长度；他们的研究结果可以在 光学字母[1]。为了实现这一目标，他们整合了 Moku:Lab 在他们的其他电子产品中部署了 Moku 相位表 仪器创建即插即用的光纤测量系统，与其他商业系统相比，可降低成本和复杂性。
Moku:Lab 是一个可重构硬件平台，将 FPGA 的数字信号处理能力与多功能、低噪声模拟输入和输出相结合。软件定义的功能使 Moku:Lab 能够提供全套测试和测量仪器。通过 多仪器并行模式，用户可以组合成对仪器同时运行，无损互连。
挑战
目前有两种常用的光纤长度测量方法，每种方法都有各自的优势。其中一种方法是光时域反射法 (OTDR)，它涉及通过被测光纤 (FUT) 发送一系列光脉冲，并测量反射强度随时间的变化。商用 OTDR 仪器在测量长距离时既经济又高效，但其精度仅限于厘米级。
第二种技术称为光频域反射法 (OFDR)，它使用扫描光源和干涉仪来大大提高所收集数据的时间分辨率。商用 OFDR 装置的设置成本高昂且耗时，但对于光子芯片等短距离光网络非常有用。
不幸的是，虽然 OFDR 和 OTDR 都有很强的用例，但这两种解决方案都不适合典型的光学实验室，因为光纤的长度范围从几厘米到几十米不等。在这个范围内，OTDR 无法提供所需的亚毫米精度，而 OFDR 设置对于所需的测量类型来说可能过于复杂。因此，阿姆斯特丹 UMC 的团队希望开发一种精确、简单的方法来表征他们感兴趣的范围内的光纤。
解决方案
该团队的光纤测量系统在概念上类似于 OFDR 设置。 任意波形发生器 任意波形发生器 (AWG) 使用射频频率调制载波，在两分钟内扫描频率范围从 10 MHz 到 110 MHz。接下来，一个 50/50 光纤耦合器将功率分配到干涉仪的两个臂之间，如图 1 所示。下臂用作参考，而被测光纤 (FUT) 占据另一个臂。两个臂均由光电二极管 (PD) 监控，并直接向 Moku 提供反馈。 相位表.
与 OFDR 和 OTDR 技术相比，此设置测量通过 FUT 的传输，这会在光束路径的分支中引入时间延迟。然后，此时间延迟表现为 PD 收集的周期信号之间的相位差。Moku 相位计监测传入信号的频率和相位，并计算它们之间的相位差。利用自校正 锁相环 通过在相位计输入端使用锁相环 (PLL)，Moku 可跟踪整个调制频率范围内的变化，以微弧度的精度监控相位差。Moku 的这一独特功能允许整个测量序列在两分钟内执行，而无需不断调整本地振荡器。
该小组控制系统，并使用 Moku Python API 实现完全自动化，记录的相位差直接报告给测量电脑。研究生 罗宾·范祖特芬该团队论文的主要作者将成果归功于 Moku 平台与其他设置无缝集成的能力：
他说：“Moku 操作简单、价格相对便宜，而且性能出色。”
图 1：实验装置。任意波形发生器 (AWG) 为激光提供 RF 强度调制，激光穿过干涉仪。然后，FUT 引入相位延迟，该延迟由 Moku:Lab 相位计记录。该装置由主机 PC 监控和同步。
结果
数据收集后，需要进行一些后处理，以消除实验中经常引入的非线性和其他频率相关行为。校正后，光纤的相位差被绘制为调制频率的函数。延迟时间 tFUT，是从该图的斜率中提取出来的，然后将其转换为纤维的长度。
为了测试系统的稳定性和可重复性，该小组在 20 小时内测量了一根光纤。温度变化会影响激光系统的稳定性，改变光纤的折射率，并引起热膨胀。即使有这些昼夜温度波动，测量的标准偏差也很低（约数百 𝜇m）。此外，长度表征在感兴趣的范围内保持准确，介于 0.2 和 1.8m 之间，如图 2 所示。由于 RMS 误差较低，该系统可以精确测量这些短光纤的长度（<1 毫米），为其他方法提供了一种廉价而精确的替代方案。
在展示了一种简单且经济高效的精确表征光纤长度的方法后，该团队还采用了其他 Moku 硬件。他们发现 Moku:Go 在较小的频率范围内工作良好，在 750 米光纤上的误差约为 2 𝜇m。由于 FPGA 的速度提高，Moku:Pro 的测量速度更快（5 秒），因为锁相环带宽更高。该小组表示，速度的提高有助于减轻在较长的 2 分钟测量期间可能引入实验的环境影响。
图 2：实测长度与标称长度，显示距离测量的误差较低。插图显示了给定长度的重复测量的分布。
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案例
[1] Robin van Zutphen、Paul R. Bloemen、Ton G. van Leeuwen 和 Xavier Attendu，“测量光纤长度的简单且经济有效的方法”，Opt. Lett. 50，329-332 (2025)。
