CN101750418A

CN101750418A - 一种利用分布式偏振串扰检测技术改善光纤环质量的方法

Info

Publication number: CN101750418A
Application number: CN200910243964A
Authority: CN
Inventors: 姚晓天
Original assignee: SUZHOU OPTORING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU OPTORING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2010-06-23

Abstract

本发明涉及控制和提高保偏光纤环质量的方法，属于光学测量、光纤传感技术领域。该方法包括：将待测光纤环或光纤环用原料光纤进行偏振串扰测量，获得待测光纤环或光纤环用原料光纤相应位置处的偏振串扰强度，根据获得的偏振串扰点位置及偏振串扰强度判定光纤环或光纤环用原料光纤的质量缺陷的位置及缺陷程度；根据光纤环或光纤环用原料光纤各个位置的偏振串扰强度对光纤环或光纤环用原料光纤的质量缺陷的位置处及缺陷程度，改进光纤环缠绕工艺或决定原料光纤的取舍，从而达到控制和提高光纤环的质量的目的。本发明可以高精度、方便、快捷地对光纤环的缺陷分布进行质量测定，有利于实现光纤环的批量生产与检测。

Description

一种利用分布式偏振串扰检测技术改善光纤环质量的方法

技术领域

本发明属于光学测量、光纤传感技术领域；特别涉及利用分布式偏振串扰检测技术，检测角度变化光纤传感器(又称光纤陀螺)所使用的光纤环及原料光纤质量，从而实现提高光纤环质量方法。

背景技术

光纤环是光纤角度传感器(又称光纤陀螺)的核心部件，它的缠绕质量好坏直接决定光纤陀螺的精度。目前，传统的光纤环检测方法，例如凭借消光比或光时域反射技术(OTDR)来评判保偏光纤环的优劣，不能完全和精确地反映出光纤环的缠绕质量，从而也就无法对提高光纤环质量提出准确的工艺改造数据，具有局限性。

光纤陀螺(Fiber Optic Gyro，FOG)的原理是基于Sagnac效应，也即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差。一束光进入光纤环的闭合光路中，被分成两束在同一光路中沿闭合光路相向传播，当光路不发生旋转的时候，两束光会同时回到光的初始注入点，这种情况下，光路的特性称之为是具有互易性(光从两个方向入射的效果是相同的)。在光路发生转动的时候，与旋转同向传播的光会比反向传播的光所经历的路程要长(这个时候的光路被称之为具有非互易性)。从而产生了与转动角速度成正比的光程差。这个光程差可以通过干涉法测量来确定，这种光路中的相位变化可通过光电探测器将干涉光信号转变成电压信号输出来检测。由于输出信号与转动引起的相位差呈余弦函数关系，为了获得高灵敏度，需要调制来施加偏置，使之工作在一个响应斜率不为零的点。

光纤陀螺与以往陀螺仪(如传统的机械陀螺乃至比较先进的激光陀螺)相比，具有无机械部件、灵敏度高等特点；与微机电陀螺仪相比，在技术指标和环境适应性上具备优势；与激光陀螺相比，它无需超高精度光学加工，不需要机械偏置和高压，不必采用高性能气体密封，容易制造，易于集成，寿命更长。光纤陀螺是众多陀螺中唯一没有活动部件的陀螺，它以固定状态工作，并能在恶劣的环境中长寿命正常工作(上百万小时)，这是机械式陀螺和激光陀螺无法企及的。

光纤环是光纤陀螺的传感核心部件，它对光纤陀螺来说，既是提高精度的重要途径，同时也是主要影响精度的因素。光纤环在绕制过程中需采用特殊的缠绕方式、精密的绕制技术，来保证光纤环具有高质量的静态特性(低的偏振串音、低的插入损耗等)和高质量的瞬态特性(抗振动、抗冲击、不受环境温度和磁场的影响)。

光纤环在具体的应用中会受到由机械张力、振动、冲击和温度梯度等因素引起的环境干扰，当环境干扰对相向传播的两束光信号影响不同时，会产生附加相位漂移误差。这种瞬态效应会妨碍Sagnac相位差的精确检测。

为提高光纤陀螺的精度，必须减小和消除光纤环缺陷对重组光信号的影响，在光纤环绕制过程中或者完成后，及时发现光纤中的缺陷，并及时进行改善，可提高光纤环的缠绕质量。

光纤环的绕制工艺直接决定了光纤环的缠绕质量。例如，光纤环绕制不对称易产生热致非互易性相移；光纤环绕制技术不完善会导致光纤环插入损耗增大和保偏光纤环出现消偏性；光纤环绕制过程中的应力(缠绕的压应力、弯曲应力和扭曲应力等)会造成光纤环性能下降和应力产生的非互易性相移，等等。这些均作为光纤环路中的光路缺陷，对传输于光纤环中光波相位产生影响，从而降低光纤陀螺的整体精度。

目前，进行光纤环绕制前，原料(保偏)光纤质量检测还仅仅限于检测损耗、消光比等总体性能指标，无法得到光纤性能精确的分布式情况。在光纤环绕制中，目前普遍采用多极对称绕法，这种绕制方法在一定程度上改善了光纤环瞬态特性。但这种绕制方法，操作复杂。在绕制中需要对一些光纤爬升、塌陷、交叉等缺陷及时发现纠正，否则会严重影响光纤环的性能。现在，在绕制过程中进行在线检测的方法不是很多，主要是视频监控、张力监控等手段。这些都是间接反映绕制质量，无法直接监控绕制过程对光纤性能的影响。在利用分布式传感手段检测光纤环方面，较传统的方法是利用BOTDR(布里渊时域反射计)检测光纤环应力情况，但该方法空间分辨率和传感灵敏度较低，难以实现在线精确监测光纤环质量。最后，在光纤环绕制完成后成品的热应力检测，现有方法也难以实现。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足，提出一种控制和提高保偏光纤环质量的方法，本方法通过分布式偏振串扰检测准确判断出光纤环缺陷所在位置和类型，进而可以改善光纤环制作工艺，提高光纤环质量。本发明可以高精度、方便、快捷地对光纤环的光纤缺陷进行质量测定。

本发明提出一种控制和提高保偏光纤环质量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将待测光纤环或光纤环用原料光纤进行偏振串扰测量，获得待测光纤环或光纤环用原料光纤相应位置处的偏振串扰强度，其过程包括：

11)向保偏光纤环或原料保偏光纤中射入一束宽频带线偏振光作为输入光，并使该输入光的偏振方向与保偏光纤环的光纤或原料保偏光纤的一个偏振轴重合；

12)将光纤环或原料光纤的输出光通过一个检偏器，并使该检偏器的检偏方向与光纤环的光纤或原料光纤的偏振轴方向成一度角α，90°＞α＞0°；

13)将通过检偏器的光平均分成两束，将其中一束光做不同延迟度下的光延迟；

14)将没有做延迟的光束和做了延迟的光束进行干涉；

15)重复13)～14)对保偏光纤进行分布式扫描，获取不同延迟度对应该光纤环或原料光纤的位置的干涉光的可见度，作为该光纤环或原料光纤的各对应位置的偏振串扰强度；

2)根据获得的偏振串扰点位置及偏振串扰强度判定光纤环或光纤环用原料光纤的质量缺陷的位置及缺陷程度；

3)根据光纤环或光纤环用原料光纤各个位置的偏振串扰强度对光纤环或光纤环用原料光纤的质量缺陷的位置处及缺陷程度，改进光纤环缠绕工艺或决定原料光纤的取舍，从而达到控制和提高光纤环的质量的目的。

本发明的主要特点及有益的效果：

本发明提出的方法是基于分布式偏振串扰测量技术，应用到光纤陀螺保偏光纤环绕制在线检测、原料光纤质量检测、绕制完成光纤环总体检测和光纤环热应力检测，来提高光纤环质量；由于分布式偏振串扰测试仪空间分辨率和测试灵敏度都比较高，而且测量长度满足光纤陀螺光纤环要求。这种方法还实现了原料光纤质量检测，光纤环绕制中的在线检测，光纤环成品的分布式检测以及光纤环热应力情况检测；从而可以有效地、有针对性地调整工艺，有效提高光纤环绕制质量，减少绕制缺陷，保证光纤环绕制对称性。对于绕制工艺，比如张力控制、垫纸、涂胶、骨架材料选择等方面都可实现监控。另外，本发明采用的分布式偏振串扰测试方法的测试灵敏度也足以对光纤环固定用胶的选择和应力释放等工艺问题进行即时定量分析。所以，分布式偏振串扰测试对光纤环的质量提高具有突破性的意义。

本发明除了主要针对光纤陀螺用的光纤环，还可用于对其他传感领域(如电场传感)的光纤环质量进行检测。

附图说明

图1为保偏光纤中某点处当受到外部扰动时发生偏振串扰示意图；

图2为本发明的检测原理示意图；

图3为采用本发明对1000m原料保偏光纤偏振串扰测量结果，在381m处原光纤存在-47dB高串扰点；

图4为采用本发明对1-4层试绕制(a)和重新绕制(b)的偏振串扰测量曲线。图中试绕制中出现的三个高串扰点在重新绕制后消除；

图5为采用本发明在不同张力下绕制的第1-2层偏振串扰曲线对比图；

图6为人为标记点判断绕制光纤所在位置示意图。

图7为显示层间垫纸对第一层偏振串扰的影响；

图8为采用本发明测量的311m光纤环偏振串扰整体情况；

图9为采用本发明方法测量得到不同温度下导致315m和1300m光纤环偏振串扰变化情况。

具体实施方式

本发明提出的方法结合附图及实施例说明如下：

14)将没有做延迟的光束和做了延迟的光束进行干涉；

本发明方法依据的原理为：

当保偏光纤中某点处当受到外部扰动时会发生偏振串扰，串扰点处的该光纤可认为是三段保偏光纤的串接，如图1所示。前后两段光纤为未受干扰区域，具有相同的拍长L_bo，并且它们的双折射轴相互对齐；中间段光纤为受扰动光纤段，其拍长变为L_b，且其双折射x’、y’轴相对其它两段光纤的双折射x、y轴发生了θ角的旋转。拍长的变化反映了双折射系数B的变化，而θ角则反映了微扰双折射(即因为光纤缺陷或外界干扰产生的双折射)与保偏光纤固有双折射的偏振轴之间之间有一个夹角。由于双折射轴的旋转，根据偏振的矢量原理，两偏振模式会相互投影，则发生功率串扰。串扰点处的L_b和θ角的大小与外界干扰的大小、方向等因素有关。

经过琼斯矩阵推导可以求出经过该串扰点时从x模式到y模式和从y模式到x模式的功率串扰系数，即串扰强度h，可得

h＝h_x→y＝h_y→x＝|sinθcosθ(1-exp(-i2πl/L_b))|²＝sin²(2θ)·sin²(πl/L_b)

从式(1)也可见，在偏振串扰中，串扰强度h的大小是由受扰区长度l和与外部干扰有关的L_b和θ决定的。当光纤由于绕制缺陷产生相互挤压，或绕制张力过大发生拉伸时，就相当于外界扰动，通过偏振串扰测试可以有效测量出外界扰动，通过分布式的测量(即逐点连续地测量)结果就可以反应出光纤环的绕制质量，从而改进待测光纤环缠绕工艺或决定待测原料光纤的取舍。

本发明的测量原理，如图2所示：光源出射的白光通过起偏后进入保偏光纤21，由于在高双折射保偏光纤中只能传HE₁₁ ^x和HE₁₁ ^Y两种偏振模式，通过使入射偏振方向和保偏光纤(光纤环)的一个特征轴相同，则只有一种偏振模式Iy被激发，如图中A点的情况，且在理想情况下只有该偏振模式在光纤中传播。当光纤中一点由于外界扰动发生偏振串扰时，Iy则分为两部分Iby、Ibx，一部分光能将串扰到正交的偏振态(X方向)上去，形成另一种偏振模式Ix(如图中B点的情况)，由于双折射效应或偏振模色散(PMD)，两偏振模式以不同的速度沿光纤传播，从光纤出射时，Iy和Ix之间将产生光程差△Z＝ΔnZ，其中Δn为保偏光纤双折射率，Z为串扰点至光纤出射端的距离；在光纤出射端(如图中C点，在与光纤两偏振轴成45°角进行检偏，将两偏振模式等比例投影至同一偏振态。由于采用低相干(SLD)光源(即宽带光源，或称白光光源)。相干长度L_c较小，一般在几十微米，ΔnZ远大于L_c时，两列波不发生干涉，当利用迈克尔逊干涉原理补偿ΔnZ时，两列波发生干涉现象，利用光延迟方法改变迈克尔逊干涉的一臂的光程来实现对保偏光纤的逐点进行分布式干涉扫描，求得串扰点位置B，根据干涉条纹可见度，可得串扰点的串扰强度。

本发明方法各步骤的具体实施方式及效果分别说明如下：

本发明的步骤1)将待测光纤环或光纤环用原料光纤进行偏振串扰测量，获得待测光纤环或光纤环用原料光纤相应位置处的偏振串扰强度；可采用了一套偏振串扰检测系统实现，该系统根据步骤1的内容采用本领域常规的元器件组装而成，例如可采用白光光源(即宽带光源)、保偏光纤、起偏器、检偏器、适配器、可控延迟器、反射镜(也可省略)、光探测器、放大器、数字电路及计算机实现。其工作过程为：宽带光源发出的光通过保偏光纤进入待测光纤环，再通过起偏器被调整到与保偏光纤相吻合的偏振态，再通过适配器分成两束后，一束直接由反射镜反射回适配器，另外一束通过一个可控延迟线后再被反射镜反射回来穿过延迟线进入适配器，两束光在适配器中产生干涉后，进入光探测器转成电信号，电信号放大后进入数字电路，经运算显示在屏幕上。可控延迟线由运算电路控制调整光的相位，使得适配器中的干涉点对应光纤环不同长度部位，从而在显示屏上获得整个光纤长度上各个点的干涉情况。干涉光的可见度，作为该光纤环或原料光纤的各对应位置的偏振串扰强度。本发明所述的分布式扫描，是将整个光纤环(或者原料光纤)连续地进行应力点检测；即假设在光纤环的光入射点有一个应力点，当该处光信号传输到光纤环的末端出来时，快轴和慢轴之间产生的相位差设为T₀，假设在光纤环的靠近末端的位置有一个应力点，该处光信号传输到出来的时候的快轴和慢轴之间产生的相位差设为T₁；那么，在光纤环的初始端和末端之间的应力所产生的快轴和慢轴之间的光程差则T₀＞T＞T₁；将光延迟线对其中一束参与干涉的光在T₀～T₁进行连续延迟，来获得每个应力点的干涉光可见度和对应的延迟量，即为分布式扫描。

本发明的步骤2)根据获得的偏振串扰点位置及偏振串扰强度判定光纤环或光纤环用原料光纤的质量缺陷的位置及缺陷程度的实施方式，可以通过干涉可见度的高低来判定缺陷的程度，干涉可见度越高，则说明应力点造成的双折射越高，在保偏光纤的另外一个偏振分量越大，因此光纤所受的应力也就越大，也就表明这个位置的缺陷程度高。在本实施例中，是通过光电探测器接受干涉信号转换成电信号，通过电路处理后显示在屏幕上进行判断。

根据延迟量换算缺陷位置的原理：当光纤上某一处产生了一个应力点(或者说是一个应力缺陷)，则会在光线的快轴上产生一个光信号的分量；这个信号在沿着光纤向前传输过程中，会比原来慢轴上的那个信号传输速度快，在传输一段距离后，两个光信号之间就产生了光程差，而且是传输越远，两者的光程差越大。如果想让这两个光信号(在该应力点上产生的快轴上的光信号和原来的慢轴上的光信号)产生干涉，就需要对快轴上的信号进行光延迟；而且光程差越大(也就是说应力点处的光信号走得距离越长)，需要的延迟量越大；因此，就可以通过延迟量来判定应力点的位置。在本实施例中，使用了美国通用光电公司(General Photonics Corp.)电控可变延迟线MDL-101作为检测用延迟部件，该部件可以直接读出延迟量。

如图3所示，将长度为1000m原料保偏光纤进行分布式偏振串扰检测，从显示屏扫描的图形中可见该原料保偏光纤的偏振串扰平均值为-71dB，而在381m处出现一高串扰点达-47dB。这样就有效的检测出缺陷点位置及及缺陷程度。

本发明的步骤3)根据光纤环或光纤环用原料光纤各个位置的偏振串扰强度对光纤环或光纤环用原料光纤的质量缺陷的位置处及缺陷程度，改进光纤环缠绕工艺或决定原料光纤的取舍，从而达到控制和提高光纤环的质量的目的。通过对以下光纤环或者原料光纤检测的各种实施例详细说明，以下各实施例中光纤环可为光纤陀螺用光纤环。

一、利用对光纤环缠绕过程中在线检测保证光纤环质量：

具体步骤如下：

1、将原料光纤和光纤环骨架安置在光纤绕环机上进行光纤环缠绕；

2、在缠绕到某一个阶段(例如一层或者某一个长度)时，停下绕环机；

3、对已经缠绕的光纤环进行本发明步骤1)的检测；

4、如果没有发现有高串扰点(即缺陷点)产生，则继续缠绕；

5、如果发现有高串扰点，将光纤从已经绕好的环上退下到缺陷位置，调整工艺重新缠绕；

光纤环的在线检测，是指在光纤环绕制过程中，在绕制的某一个阶段停下来(如绕制一层或者两层的时候)，将光纤环的两端接入本发明实现的检测仪，检测这一阶段的绕制质量，如果发现问题，即马上进行纠正。

通过光纤环在线检测可以通过检查高串扰点，有效检测出绕制缺陷及其位置，在线检测可对垫纸、固胶等相关工艺效果进行监控，根据测量数据，通过调整垫纸层数、厚度、品质，以及对固胶配比的选用、涂刷厚度调整等，实现其缺陷最小化，从而提高光纤环质量。

光纤环在线检测的关键在于及时检测出光纤环绕制缺陷和缺陷位置，为纠正绕制工艺提供依据。监测出一些偶然出现问题。改善绕制质量和绕制水平。减少废品，降低成本。

下面的例子是按四极绕法绕制光纤环，在绕制前四层中进行在线检测。

对绕制前四层采用本方法在线检测，发现产生了三个主要高串扰点，见图4(a)，其位置分别为136m处、158m处、175m处，而且偏振串扰值分别达到-46dB，-47dB，-48dB大大超过这四层串扰平均值-64dB。根据高串扰点位置，退绕中发现高串扰点1为第1层A线轴换到第4层换线处。这是由于骨架边缘挤压光纤。高串扰点2为第一层起始端出现扭曲。高串扰点3为第二层线轴B换线处，光纤受到挤压。通过在线检测中及时发现这些高串扰点，并重新退绕。经过一定的工艺改进，如图4(b)，重新绕制改善了绕制质量，没有明显的高串扰点。再次绕制最高串扰值为-53dB，消除第一次绕制3个高串扰点，且平均值为-66dB比第一次绕制下降2dB。

二、利用在线检测对绕制张力进行控制，从而提高光纤环质量：

具体步骤如下：

3、对已经缠绕的光纤环进行本发明步骤1)的检测；

4、如果没有发现偏振串扰强度值普遍上升，则说明张力适中，继续缠绕；

5、如果发现偏振串扰强度值普遍上升，说明张力过大，将光纤从已经绕好的环上退下到缺陷位置，调整工艺重新缠绕；

本发明方法在光纤环绕制中实现在线检测可以反映出绕制张力大小，即反映到偏振串扰强度值大小。如果实施比较大的张力，偏振串扰强度值普遍上升，如图5所示，图中，实线：5g张力；虚线：20g张力；用低张力(5g)绕制所产生的偏振串扰值明显小于用高张力(20g)绕制所产生的。此外，还可以通过与原有绕制前的光纤偏振串扰强度值对比，来反映保偏光纤性能下降程度，以此设定合理绕制张力来控制保偏光纤恶化的程度。

在绕制前两层时当采用较大张力达到20g时平均值达-56dB，比原料光纤大14dB，表明绕制张力过大，明显恶化光纤环的保偏性能。适当减小绕制张力，当绕制张力5g时，重新绕制时整体偏振串扰明显下降，其平均值为-65dB，比20g绕制张力减小了9dB。

利用偏振串扰值可以反映绕制张力大小，反映绕制张力对保偏光纤性能的改变。在实际绕制中要寻求既能保证绕制的紧密又尽量不破坏保偏光纤性能的平衡点。

三、利用在线检测对绕制对称性进行控制，从而保证光纤环质量：

以采用A、B轮进行光纤环绕制的工艺为例，具体步骤如下：

1、预先设定光纤环光纤总长度，总长度的1/2即为光纤环一个臂的长度；

2、将光纤向一个放线轮A上绕，绕一段长度后，进行本发明步骤1)的检测；

3、人为制造一个缺陷应力点(按压或者扭曲等)，通过检测出应力点的位置，从而判断已经缠绕到放线轮A上的光纤长度；

4、如果已经缠绕到放线轮A上的光纤长度超过了总长度，将光纤从放线轮A上退下来一部分；如果已经缠绕到放线轮A上的光纤长度达不到总长度，将光纤继续向放线轮上缠绕；

5、重复第4、5步骤，直到准确确定放线轮A上的光纤长度为准备绕制的光纤环光纤的总长度；

6、截断光纤，此时总长度光纤都在放线轮A上；

7、将放线轮A上的光纤向放线轮B上绕，重复第4、5步骤，直到准确确定放线轮A和放线轮B上的光纤长度均为总长度的1/2；

8、利用A、B两个放线轮交替进行光纤环绕制，从而保证光纤环的对称度；

目前，绕制光纤环普遍采用四极对称绕法，对称绕法关键是A、B线轴等长和在每极(四层)内A、B等长，这是保证光纤环质量的一个重要内容。目利用偏振串扰测试同样可以在线监控正在绕制中光纤的位置。

人为夹住光纤，来判断所绕制光纤位置，进而判断绕制的对称性。如图6，线轴A绕制完第一极时第一个标记点位置为119.388m，而中点位置为158.3m(图中人为产生的高串扰点分别作为绕完第一极后在A、B轴上做的标记点(Marked point)，依此来判断A、B轴在骨架上的绕制长度)，这样就可以得出第一极上A线轴上的长度为38.912m。同样，绕完B线轴时第二标记点为197.214m可以算出第一极上B线轴的长度为38.914m，二者只相差0.002m，基本相近。保证了绕制的对称性。同理，可以精确判断各层或各极(四层)位置，得到绕制在各层或各极A、B轴所绕制的长度，依据此数据可以保证绕制的对称性。

由于本发明可以精确定位光纤环位置，这样可以监控A、B线轴在骨架每层或每极绕制的长度，而且监控每层或每极偏振串扰情况。有效保证了绕制对称性。

四、在线检测对绕制工艺的控制：

该方法具体步骤如下：

1、将光纤环按照一个预定的工艺参数(包括采用的固定胶、采用的垫纸等)缠绕一部分；

2、对已经缠绕的部分进行本发明步骤1)的检测，记录测量数据；

3、分析测量数据，并和预计的光纤环质量效果进行比较，如果达到了预期效果，则继续按照此工艺进行缠绕；

4、如果测量结果达不到质量要求，则通过改变垫纸层数或材质、更换涂胶方式和种类等，重新进行绕制；

5、再次进行检测，直到光纤环质量达到要求；

对光纤环进行分布式偏振串扰在线检测可以定量分析固胶、垫纸等绕制工艺对光纤环质量的影响，下面是层间垫纸对光纤环偏振串扰的影响。

层间垫纸可以有效缓冲上下层光纤相互挤压产生的应力，如图7所示，(图中，虚线：未垫纸；实线：垫纸)，由于在层间垫纸有效的缓冲了上下层光纤之间相互挤压产生的应力，垫纸后偏振串扰显著下降，未进行层间垫纸时第一层偏振串扰平均值为-59dB，垫纸后为-63dB，下降了4dB。这样定量分析了垫纸工艺对光纤环绕制质量的影响。通过分布式偏振串扰在线检测对固胶、应力释放、垫纸效果等工艺的定量分析，使得各种改进工艺的手段有据可依，可以节约成本，提高效率，大幅提高光纤环绕制质量。

五、通过对光纤环整体绕制偏振串扰检测进行质量判定：

具体步骤如下：

1、绕制一系列光纤环；

2、将绕制好的光纤环逐个进行本发明步骤1)的检测；

3、通过分析检测结果，将光纤环按照质量不同进行分级；

4、针对分析结果中质量较低的光纤环，进行工艺改进，以提高光纤环质量优质率；

当绕制完成后，对成品光纤环整体进行本发明步骤1)的检测。可以精确了解光纤环保偏性能分布情况，依据串扰平均值和个别高串扰点值，作为光纤环质量评价的依据。以下是对用四极绕法绕制的311m成品保偏光纤环进行本发明步骤1)的检测。

如图8所示，采用本发明测量的311m光纤环偏振串扰整体情况，该环偏振串扰值整体较低，但个别位置仍存在高串扰点；经过原料光纤检测和绕制中在线检测等工序，光纤环平均串扰强度为-68dB，而原料光纤为-70dB，只下降了2dB左右，较好地保证了绕制质量，但在个别地方仍然出现高串扰点，其值达-46dB，位置在56.98m处，根据其位置推算主要出现在换层处或A、B线轴换线处。据此可以提出改进工艺的思路和方法，改善这些地方的绕制情况，减小高串扰点。

六、利用偏振串扰对光纤环热应力进行检测来提高光纤环质量：

具体步骤如下：

1、对绕制好的光纤环进行加热；

2、用本发明步骤1)的检测检测在加热升温过程中和加热恒温后偏振串扰情况；

3、分析加热后光纤环质量特性；

4、根据检测结果，采用更换固胶或涂胶工艺、改善垫衬缓冲、调整骨架等技术方案，降低热应力对光纤环质量的影响。

从偏振串扰原理可知，当对保偏光纤进行加热后，由于胶、光纤、骨架的物性参数不同，会发生相互挤压，保偏光纤性能下降。有的时候，虽然在常温情况下光纤环的质量参数比较好，但是在加热后，其物性参数就会发生变化，也就是说在加热后或者温度变化过程中，光纤环的参数会降低，这种光纤环也是属于质量不高的。下面分别对315m四极绕法无固胶有金属骨架和1300m十六极有固胶无骨架保偏光纤环进行室温(25℃)和加热到80℃进行分布偏振串扰测试。根据曲线变化可以了解光纤环热应力情况和光纤折射率Δn的变化。

315m环平均串扰值上升了4dB，1300m环上升了9dB，1300m环上升比较大的原因主要是由于1300m环为固胶环，胶与光纤热膨胀系数不同，当加热后二者发生相互挤压，造成串扰值整体上升，图9为采用本发明方法测量得到不同温度下(25℃，80℃热应力效应导致315m和1300m光纤环偏振串扰变化情况(a：315m环；b：1300m环，虚线：80℃；实线：25℃)由于热应力效应，两环偏振串扰均有升高，从曲线右侧由于光纤接头而产生的高串扰点位置变化可推算折射率Δn的变化。从图9a中，315m环串扰值曲线中部上升较明显，而图10b中1300m环曲线中部上升较小，这与315m光纤环加热后骨架变形挤压里层光纤有关，而1300m环无骨架，里层光纤受到影响较小。这些光纤环偏振串扰的变化在一定程度上反映了光纤环热应力情况，对光纤胶，骨架材料，光纤与骨架之间缓冲物等方面的选择有重要作用。此外，根据曲线右侧由于跳线连接产生的高串扰点在不同温度下位置Z₁Z₂，根据Δn₁·Z₁＝Δn₂·Z₂推算出光纤Δn变化。其中315m环Δn由7.9×10^-4变为8.08×10^-4，1300m环Δn由4.45×10^-4变为4.61×10^-4。

Claims

1.一种控制和提高保偏光纤环质量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

13)将通过检偏器的光分成两束，将其中一束光做不同延迟度下的光延迟；

14)将没有做延迟的光束和做了延迟的光束进行干涉；

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述光纤环为光纤陀螺用光纤环。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述待测光纤环是在光纤环绕制过程中或是在光纤环绕制完成后的光纤环。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，还进一步包括根据步骤1)获得的整个光纤环的偏振串扰强度的大小判定检测光纤环的张力，用以调整绕制过程中张力，从而达到控制和提高光纤环的质量的目的。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，还进一步包括用步骤1)的方法获得待测光纤环受热后的偏振串扰强度，得到光纤环受热后的应力分布，以调整绕制光纤环的缠绕参数，从而达到控制和提高光纤环的质量的目的。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3)改进光纤环缠绕工艺为在质量缺陷的位置调整绕制光纤环涂用的固定胶材质、配比和用量、调整绕制的光纤环层间垫衬物的材料和数量，以提高光纤环的质量。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，还进一步包括先通过在光纤某一位置人为制造一个或多个临时串扰点，再利用步骤1)的方法，获得待测光纤环或光纤环用原料光纤相应位置处的偏振串扰强度，根据串扰点位置准确确定光纤环缠绕中点，从而提高光纤环的对称性，以提高光纤环的质量。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤12)中α角为45度角；

9.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述在待测光纤环绕制过程中，进一步包括根据得到的光纤环缺陷存在的位置，通过全部或者部分重新绕制来改善这些缺陷，避开或者消除这些缺陷，以提高光纤环的质量。

10.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述在待测光纤环绕制过程中，进一步包括根据步骤1)的方法，确定每一阶段已经缠绕的光纤长度，进而保证光纤环的对称性，以提高光纤环的质量。