光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置與抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置與抑制方法。寬譜光源發(fā)出寬譜光經(jīng)過光隔離器后由起偏器起偏，起偏器與待測器件輸入端0°對軸焊接，待測器件輸出端與檢偏器呈45°對軸焊接，檢偏器通過光纖耦合器進入由光纖延遲線與偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成的解調(diào)干涉儀，再由第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號，通過差分電路后由計算機進行數(shù)據(jù)采集并計算輸出。本發(fā)明具有不引入額外偏振器件、結(jié)構(gòu)簡單、控制過程簡便，不需要考慮入射偏振態(tài)等優(yōu)點，可用于提高光學相干偏振測量系統(tǒng)對光學器件偏振串擾檢測的精度，也可用于抑制其他白光干涉測量中偏振衰落現(xiàn)象。
【專利說明】光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置與抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置，本發(fā)明也涉及一種光學相干偏振測量的偏振裳落抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學相干偏振測量技術(shù)是一種高精度分布式偏振耦合測量技術(shù)，它主要用于光纖器件以及光纖陀螺等光纖傳感器的分布偏振串擾的高精度檢測。該測量技術(shù)基于白光干涉原理，通過掃描式光學干涉儀進行光程補償，實現(xiàn)不同偏振模式間的干涉，可對偏振耦合點的空間位置、偏振耦合信號強度進行高精度的測量與分析。它具有結(jié)構(gòu)簡單，高空間分辨率、大測量范圍、超高測量靈敏度、超大動態(tài)范圍等優(yōu)點，可以廣泛用于保偏光纖制造、保偏光纖精確對軸、器件消光比測試、光纖陀螺研制等領(lǐng)域。由于它最為直接和真實地描述了信號光在光纖光路中的傳輸行為，特別適合于對光纖器件、組件，以及光纖陀螺等高精度、超高精度光纖傳感光路的測試和評估。
[0003]光學相干偏振測量系統(tǒng)對偏振串擾檢測的一個重要指標是精度，但由于光學相干偏振測量系統(tǒng)內(nèi)部組成解調(diào)干涉儀的器件及光纖會隨著系統(tǒng)運行產(chǎn)生的熱量以及室溫的變化發(fā)生微小的形變，這種微小的形變會導致光纖中的傳輸光產(chǎn)生微小的偏振態(tài)劣化現(xiàn)象，這種劣化會直接導致干涉峰產(chǎn)生波動，即會減小測量系統(tǒng)的檢測精度。在白光干涉測量領(lǐng)域抑制這種由于偏振態(tài)劣化而導致的干涉峰波動現(xiàn)象主要有以下幾種方法:1、全保偏光路法，該方法即通過采用全保偏光路來實現(xiàn)抗偏振衰落現(xiàn)象，但其缺點是損耗大偏振難以保持，而且由于系統(tǒng)的全保偏會使系統(tǒng)中引入不必要的雜散干涉峰，并不適用于光學相干偏振測量系統(tǒng)的檢測。2、被動法拉第旋鏡(FRM)消偏法，其實現(xiàn)方法為在Michelson干涉儀的兩臂各焊接一個旋轉(zhuǎn)角度為45°的反射式FRM，使干涉儀兩臂中反射回的兩束干涉光的偏振態(tài)相對于入射光向同一個方向旋轉(zhuǎn)90°，得以保持兩束光在輸出端具有相同的偏振態(tài)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的干涉，起到抗偏振衰落的效果。該方法是目前比較有效的一種抗偏振衰落的方法，但其應(yīng)用僅限于邁克爾遜干涉儀，在對光學相干偏振測量系統(tǒng)進行光路設(shè)計時會產(chǎn)生額外的限制，不利于提高系統(tǒng)的檢測精度及動態(tài)范圍等指標。3、主動法拉第旋鏡消偏法，由Kazumasa Takada在1999年提出，其方法是通過起偏器將干涉光的一路起偏后經(jīng)過一只可調(diào)的FRM將光的偏振態(tài)分別調(diào)整為0°和90°，將這兩種狀態(tài)下的干涉光加和處理，即得到抗偏振衰落的干涉信號。由于光學相干偏振測量系統(tǒng)的檢測原理需要在光源的輸出端和解調(diào)干涉儀的輸入端各串接一只起偏器，如果利用該方法在解調(diào)干涉儀的一臂額外在串接一個起偏器，勢必會減少光源的利用率，同時還會增加系統(tǒng)的復雜度并引入不必要的雜散干涉峰。另外，在2002年11月5日由Tohru Mori和Kazumasa Takada等公布的美國專利“Polarization-1ndependent reflectometry and polarization-1ndependentreflectometer”中提到的抑制偏振衰落方法即屬于主動法拉第旋鏡消偏法，其偏振衰落抑制裝置中使用了起偏器，并沒有完全消除掉解調(diào)干涉儀光路中的偏振器件。4、偏振分集接收法，基本思想是利用兩個或兩個以上成一定夾角的檢偏器在接收端對信號進行檢測，通過若干成角度的檢測信號提取出無偏振衰落的干涉信號。該方法抗偏振衰落是有效的，但其裝置較復雜。
[0004]近年來還有其他一些抗偏振衰落方法的公開報道:2009年3月18日由趙瑞峰等人公開的“偏振衰落和相位衰落可控的邁克爾遜光纖傳感器”專利，其中是在傳感光路中串接兩只偏振調(diào)制器來實現(xiàn)偏振衰落抑制，同時光路中采用雙光源的方案，該方案引入額外器件較多，系統(tǒng)相對復雜，增加成本投入。2009年2月13日由王春華等人公開的“抗偏振衰落及相位噪聲的全光纖Mach-Zehnder干涉儀”專利，其中實現(xiàn)方案是通過橋接級聯(lián)光纖環(huán)鏈，實現(xiàn)光分量的空間路徑分解，干涉檢測結(jié)果是無數(shù)對相位差相同、光強相同、偏振態(tài)隨機分布的微小想干光對的干涉結(jié)果的統(tǒng)計平均，該方案對光源功率利用率較低，光能損耗較大，不適用光學相干偏振測量系統(tǒng)的偏振衰落抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能提高測量系統(tǒng)對光學器件偏振串擾檢測的精度的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種光學相干偏振測量的偏振衰落抑制方法。
[0006]本發(fā)明的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置包括寬譜光源101、光隔離器102、起偏器103、待測器件2、檢偏器301、第一光纖稱合器302、第二光纖稱合器305、光程延遲線303、偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)304、第一光電轉(zhuǎn)換器401、第一光電轉(zhuǎn)換器402、差分電路403及控制計算機404，寬譜光源101發(fā)出寬譜光經(jīng)過光隔離器102后由起偏器103起偏，起偏器103與待測器件輸入端0°對軸焊接，待測器件輸出端與檢偏器301呈45°對軸焊接，檢偏器301通過光纖耦合器302進入由光纖延遲線303與偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)304組成的解調(diào)干涉儀3，再由第一光電轉(zhuǎn)換器401、第二光電轉(zhuǎn)換器402轉(zhuǎn)換為電信號，通過差分電路403后由計算機進行數(shù)據(jù)采集并計算輸出。
[0007]本發(fā)明的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置還可以包括:
[0008]1、起偏器103的輸入端為單模普通光纖,輸出端為熊貓型保偏光纖。
[0009]2、檢偏器301的輸入端為熊貓型保偏光纖,輸出端為單模普通光纖。
[0010]3、第一光纖稱合器302和第二光纖稱合器305為平衡式的3dB稱合器。
[0011]4、所述偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)304由半波片構(gòu)成，半波片7置于自聚焦透鏡6和反射鏡8之間，自聚焦透鏡6與反射鏡8呈垂直放置，自聚焦透鏡6的尾纖與環(huán)形器5相連，入射光從環(huán)形器5的輸入端口輸入，經(jīng)過自聚焦透鏡6并經(jīng)反射鏡8反射回自聚焦透鏡后，由環(huán)形器的輸出端口輸出。
[0012]基于本發(fā)明的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置的抑制方法為:
[0013]由寬譜光源101發(fā)出寬譜光，經(jīng)過光隔離器102后由起偏器103起偏，起偏器與待測器件輸入端0°對軸焊接，待測器件輸出端與檢偏器301進行45°對軸焊接，通過第一光纖耦合器302進入由光纖延遲線303與偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)304組成的解調(diào)干涉儀3，偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)304對傳輸光進行O?360°的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和高速調(diào)整，后由第一光電轉(zhuǎn)換器401、第二光電轉(zhuǎn)換器402轉(zhuǎn)換為電信號，通過差分電路403后由計算機進行數(shù)據(jù)采集并計算輸出。
[0014]所述偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)304對傳輸光進行O?360°的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和高速調(diào)整包括:使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)角度Θ經(jīng)歷從
【權(quán)利要求】
1.一種光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置，包括寬譜光源(101)、光隔離器(102)、起偏器(103)、待測器件(2)、檢偏器(301)、第一光纖耦合器(302)、第二光纖耦合器(305)、光程延遲線(303)、偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(304)、第一光電轉(zhuǎn)換器(401)、第一光電轉(zhuǎn)換器(402)、差分電路(403)及控制計算機(404)，其特征是:寬譜光源(101)發(fā)出寬譜光經(jīng)過光隔離器(102)后由起偏器(103)起偏，起偏器(103)與待測器件輸入端0°對軸焊接，待測器件輸出端與檢偏器(301)呈45°對軸焊接，檢偏器(301)通過光纖耦合器(302)進入由光纖延遲線(303)與偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(304)組成的解調(diào)干涉儀(3)，再由第一光電轉(zhuǎn)換器(401)、第二光電轉(zhuǎn)換器(402)轉(zhuǎn)換為電信號，通過差分電路(403)后由計算機進行數(shù)據(jù)采集并計算輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置，其特征是所述偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(304)的組成為:半波片(7)置于自聚焦透鏡(6)和反射鏡(8)之間，自聚焦透鏡(6)與反射鏡(8)呈垂直放置，自聚焦透鏡(6)的尾纖與環(huán)形器(5)相連，入射光從環(huán)形器(5)的輸入端口輸入，經(jīng)過自聚焦透鏡(6)并經(jīng)反射鏡(8)反射回自聚焦透鏡后，由環(huán)形器的輸出端口輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置，其特征是:起偏器(103)的輸入端為單模普通光纖，輸出端為熊貓型保偏光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置，其特征是:檢偏器(301)的輸入端為熊貓型保偏光纖，輸出端為單模普通光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置，其特征是:第一光纖耦合器(302 )和第二光纖耦合器(305 )為平衡式的3dB耦合器。
6.基于權(quán)利要求1所述的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制裝置的抑制方法，其特征是: 由寬譜光源(101)發(fā)出寬譜光，經(jīng)過光隔離器(102)后由起偏器(103)起偏，起偏器與待測器件輸入端0°對軸焊接，待測器件輸出端與檢偏器(301)進行45°對軸焊接，通過第一光纖耦合器(302)進入由光纖延遲線(303)與偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(304)組成的解調(diào)干涉儀(3)，偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(304)對傳輸光進行O~360°的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和高速調(diào)整，后由第一光電轉(zhuǎn)換器(401)、第二光電轉(zhuǎn)換器(402)轉(zhuǎn)換為電信號，通過差分電路(403)后由計算機進行數(shù)據(jù)采集并計算輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學相干偏振測量的偏振衰落抑制方法，其特征是所述偏振態(tài)連續(xù)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(304)對傳輸光進行O~360°的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和高速調(diào)整包括:使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)角度Θ經(jīng)歷從O≤ θ <2π不斷變化，通過計算機(404)采集任意偏振態(tài)相差π/2的四個白光干涉峰值，分別為Iφ,Iφ+π/2,Iφ+3π/2經(jīng)過計算得:
【文檔編號】G01M11/02GK103940588SQ201410105302
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】楊軍, 苑勇貴, 彭峰, 吳冰, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學