CN101979985A - 偏振保持光纤消光比测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明述及一种偏振保持光纤消光比测试装置。它包括一个调制稳定光源、一个可见光源、一个精密微位移控制准直平台和一个精密微位移控制接收平台，其特征在于所述调制稳定光源、可见光源经过光纤耦合器和所述精密微位移控制准直平台连接至待测光纤的一端；所述待测光纤的另一端经过所述精密微位移控制接收平台连接至高精度光功率计。本发明具有高可靠性、高精确的消光比测量特点，而且结构设计简洁易行，可操作性强。不仅可用于测试偏振保持光纤的消光比，还可用于测量偏振保持光纤耦合器的偏振串音、偏振保持光纤的拍长、光纤偏振器及集成光纤器件的消光比以及偏振保持光纤的对轴精度等场合。

Description

偏振保持光纤消光比测试装置

技术领域

本发明涉及一种偏振保持光纤消光比测试装置，属于光通信领域。

背景技术

偏振保持光纤(PMF)具有高的双折射特性，因而能使与其偏振主轴一致方向入射的偏振光仍保持偏振特性，其传输模为两个偏振方向互相垂直的基模：HEx₁₁和HEy₁₁，它们分别具有传输常数βx和βy，但并不简并。因此，PMF在相干光通信、光纤陀螺和光纤传感等领域中得到越来越广泛的应用。尤其是其消光比的测试已成为决定PMF性能参数的重要指标。

国外研究人员对消光比测试装置的研究比较成熟，一体化的光源和自动化程度很高的消光比测试仪都已经商用化。采用微透镜和光纤准直器等元件，光路已经调整并固定好，光源和测试仪上都配有标准的光纤连接器。将被测光纤的两端插入活动连接器，就可以接到光源和测试仪上进行测试。可旋转的偏振光源有一个可手动旋转的起偏器，检偏器的转动快速、自动地进行，且直接显示计算出的消光比。起偏器转动一周，可以测得消光比的四个最大值，且相邻两个最大值所在的起偏器角度互相垂直。这些角度就是偏振保持光纤的快轴和慢轴的所在位置。例如加拿大的OZ公司、美国的Santec公司和日本的骏河公司等。用OZ公司的一体化仪器测试消光比，的确快捷、方便，但也需非常注意光纤端面的切割质量、聚焦位置和夹持的松紧程度等对测试结果准确性的影响，并且相对自制测试系统而言，价格昂贵，且测试参数都整体上偏高。即使成熟的仪器，测试准确度也只为±1dB。因此，需要建立一套高精确、高可靠性，且操作性强的消光比测试系统。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种偏振保持光纤消光比测试装置。该装置具有高可靠性、高精确与易操作的特点，不仅可用于测试偏振保持光纤的消光比，还可用于测量偏振保持光纤耦合器的偏振串音、偏振保持光纤的拍长、光纤偏振器及集成光纤器件的消光比以及偏振保持光纤的对轴精度等场合。，

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种偏振保持光纤消光比测试装置，包括一个调制稳定光源、一个可见光源、一个精密微位移控制准直平台和一个精密微位移控制接收平台，其特征在于所述调制稳定光源、可见光源经过光纤耦合器和所述精密微位移控制准直平台连接至待测光纤一端；所述待测光纤另一端经过所述精密微位移控制接收平台连接至高精度光功率计。

上述精密微位移控制准直平台是一个光纤准直器，依次经过一个第一透镜、一个第一起偏器、一个1/4波片、一个第二起偏器、一个1/2波片和一个第二透镜，最后连接一个五维光纤调整架中待测光纤的输入端；所述调制稳定光源发出的光经过所述光纤准直器、第一透镜、第一起偏器、1/4波片后，变为圆偏振光，再经过第二起偏器、1/2波片后，变为线偏振光，最后通过第二透镜注入所述五维光纤调整架中的所述待测光纤的输入端。

上述精密微位移控制接收平台是一个光纤夹具，依次经过一个第三透镜、一个检偏器和一个第四透镜连接一个光接收探测器；所述待测光纤的输出端经过所述光纤夹具、第三透镜、检偏器、第四透镜连接至光接收探测器，最后由所述高精度光功率计显示光功率值。

上述调制稳定光源的波长为850nm、1310nm或1550nm，并通过所述光纤耦合器并联所述可见光源以校准和调整光路系统。

上述调制稳定光源通过1/4波片和1/2波片双波片组合确定快慢光轴，使得注入所述待测光纤中的线偏振光的强度始终保持一致。

本发明的工作原理：

偏振保持光纤具有高双折射，因而能使其与偏振主轴一致方向的入射偏振光保持其偏振性，其传输模为两个偏振方向互相垂直的基模：HEx11和HEy11，它们分别具有传输常数βx和βy，其消光比可表示为：

$\mathrm{\η}=10\lg \frac{P_x}{P_y}---\left(1\right)$

其中，P_x，P_y分别是输出光功率最大值与最小值。

对消光比测试装置来说，注入光纤的线偏振光具有较高的消光比，则需保证光源具有良好的偏振度，此发明装置中采用双波片组合。在具有高度偏振的光源后面紧接一个1/4波片。当波片的厚度d满足条件：d＝mλ+λ/4时(m为整数，λ为光源中心波长)，以及光源输入的线偏振光与波片的主轴成45°时，线偏振光转化为圆偏振光。在1/4波片后面再接一个偏振片，组成光强均匀一致性较好的线性偏振光。

对起偏器而言，其本身的消光比要求高，棱镜，准直器与透镜内双折射足够小。

对光纤夹紧机构而言，目前大多采用插杆结构。而光纤在插杆中的定位精度与稳定性不太好，造成每次测试需要大量时间调整，影响工作效率。而在此发明装置系统中，采用金属套螺丝扣型连接器结构，其定位精度可达到1μm以内。

对旋转机构而言。要求线偏振光的方向与被测偏振保持光纤的一个主轴(快轴或慢轴)一致，其旋转机构与旋转棱镜相结合，致使旋转棱镜的偏转角一般在1′以内。

在接收检偏光路系统，检偏器的出射光经透镜准直后聚集到大面积光接收探测器上，最后用高精度光功率计读取数据。通过组合旋转起偏器与检偏器，得到输出光功率的最大值和最小值。根据计算式(1)，即可算出被测光纤的消光比。由于光电探测器的面积较大，则检偏器与第四透镜的偏转角对测试的影响不是太大，但第三透镜的入射角对光强透射比的影响较大，因此要求其内应力非常小。在理想状况下，当旋转检偏器时，光功率按正弦规律变化，在360°周期内有两个对称的并相等的最大值和最小值。当检偏器光轴与转动轴平行，即θ＝0°时，透镜的透射率是一个恒量；否则，即θ≠0°时，转动检偏器，透射率将发生变化。这样在转动检偏器时，光路不对称，则对测试精度带来较大影响。

目前偏振保持光纤的工作波长一般采用850、1310或1550nm的非可见光。因此采用光纤耦合器并联调制稳定光源和可见光源(如650nm红光光源或氦氖激光光源)来校准与调整光路系统。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

(1)可靠性好，精度高；

(2)其整体结构设计简洁易行，可操作性强；

(3)无复杂的光学系统，大大降低了成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构框图；

图2是精密微位移控制准直平台的结构框图；

图3是精密微位移控制接收平台的结构框图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例并结合附图说明如下：

实施例一：参见图1，本偏振保持光纤消光比测试装置，包括一个调制稳定光源1、一个可见光源2、一个精密微位移控制准直平台4和一个精密微位移控制接收平台6，所述调制稳定光源1、所述可见光源2经过光纤耦合器3和所述精密微位移控制准直平台4连接至待测光纤5的输入端51；所述待测光纤5的输出端52经过所述精密微位移控制接收平台6连接至高精度光功率计7。

实施例二：本实施例与实施例一相同，特别之处如下：参见图2，所述精密微位移控制准直平台4是一个光纤准直器41依次经过一个第一透镜42、一个第一起偏器43、一个1/4波片44、一个第二起偏器45、一个1/2波片46和一个第二透镜47，最后连接一个五维光纤调整架48中待测光纤5的输入端51；所述调制稳定光源1发出的光经过所述光纤准直器41、第一透镜42、第一起偏器43、1/4波片44后，变为圆偏振光，再经过第二起偏器45、1/2波片46后，变为线偏振光，最后通过第二透镜47送入所述五维光纤调整架48中的所述待测光纤5的输入端51。

参见图3，所述精密微位移控制接收平台6是一个光纤夹具61，依次经过一个第三透镜62、一个检偏器63和一个第四透镜64连接一个光接收探测器65；所述待测光纤5的输出端52经过所述光纤夹具61、第三透镜62、检偏器63、第四透镜64连接至光接收探测器65，最后由所述高精度光功率计7显示光功率值。

所述调制稳定光源1的波长为850nm、1310nm或1550nm，并通过所述光纤耦合器3并联所述可见光源2以校准和调整光路系统。

所述调制稳定光源1通过所述1/4波片44和所述1/2波片46双波片组合确定快慢光轴，使得注入所述待测光纤5中的线偏振光的强度始终保持一致。

本测试装置操作方法如下：参见图1、图2和图3。首先用可见光源2通过精密微位移准直平台4调整准直光路，将其中的光纤准直器41、第一透镜42、第一起偏器43、1/4波片44、第二起偏器45、1/2波片46、第二透镜47的各个光学器件的中心轴线重合，使得可见光源2发出的光注入五维光纤调节器48上夹持的待测光纤5的输入端51，以待测光纤5的输出端52出现最强的光功率为准。然后调节精密微位移控制接收平台6，将其中的光纤夹具61、第三透镜62、检偏器63、第四透镜64的各光学器件的中心轴线重合，并通过高精度光功率计7观察可见光的最大输出光功率，同时结合输出光功率的大小判断各光学器件的中心是否都在同一中心轴上。

接下来，切换至调制稳定光源1，进一步确定偏振保持光纤的快慢光轴。调制稳定光源的波长为850nm、1310nm或1550nm。被测光纤5的输入端51和输出端52分别固定在五维光纤调节架48与光纤夹具61上，然后通过高精度光功率计7观察其输出光功率大小进行测试确定。旋转起偏器45，任意选取注入线偏光的偏振方向，同时在检偏器63处检测光输出的偏振状态，直至检测到合适的注入线偏振光方向，使得出射光也是线偏振光；或同时手动微调旋转起偏器45与检偏器63，直至高精度光功率计7出现最大值或最小值，然后旋转起偏器45一周，再从高精度光功率计7中进一步确定出现两次最大值与两次最小值，且相邻两个最大值与最小值所在的起偏器45角度互相垂直。从而最后确定这些角度就是偏振保持光纤的快轴或慢轴所在的位置。

确定偏振保持光纤的快轴或慢轴所在的位置后，带有单模尾纤FC型连接器的调制稳定光源1，其输出光经准直器41后变成平行光，经透镜42聚焦后，再经过起偏器43与1/4波片44，变为圆偏振光，最后经起偏器45与1/2波片46及透镜47会聚到被测光纤里；检偏器63的出射光经透镜64后会聚到大面积光接收探测器65上，最后用高精度光功率计7读数。旋转检偏器63，得到光功率的最大值和最小值，根据计算式1即可计算出被测光纤5的消光比。

Claims (5)

1.一种偏振保持光纤消光比测试装置，包括一个调制稳定光源(1)、一个可见光源(2)、一个精密微位移控制准直平台(4)和一个精密微位移控制接收平台(6)，其特征在于所述调制稳定光源(1)、所述可见光源(2)经过光纤耦合器(3)和所述精密微位移控制准直平台(4)连接至待测光纤(5)的输入端(51)；所述待测光纤(5)的输出端(52)经过所述精密微位移控制接收平台(6)连接至高精度光功率计(7)。

2.根据权利要求1所述的偏振保持光纤消光比测试装置，其特征在于所述精密微位移控制准直平台(4)是一个光纤准直器(41)依次经过一个第一透镜(42)、一个第一起偏器(43)、一个1/4波片(44)、一个第二起偏器(45)、一个1/2波片(46)和一个第二透镜(47)，最后连接一个五维光纤调整架(48)中待测光纤(5)的输入端(51)；所述调制稳定光源(1)发出的光经过所述光纤准直器(41)、第一透镜(42)、第一起偏器(43)、1/4波片(44)后，变为圆偏振光，再经过第二起偏器(45)、1/2波片(46)后，变为线偏振光，最后通过第二透镜(47)送入所述五维光纤调整架(48)中的所述待测光纤(5)的输入端(51)。

3.根据权利要求1所述的偏振保持光纤消光比测试装置，其特征在于所述精密微位移控制接收平台(6)是一个光纤夹具(61)，依次经过一个第三透镜(62)、一个检偏器(63)和一个第四透镜(64)连接一个光接收探测器(65)；所述待测光纤(5)的输出端(52)经过所述光纤夹具(61)、第三透镜(62)、检偏器(63)、第四透镜(64)连接至光接收探测器(65)，最后由所述高精度光功率计(7)显示光功率值。

4.根据权利要求1所述的偏振保持光纤消光比测试装置，其特征在于所述调制稳定光源(1)的波长为850nm、1310nm或1550nm，并通过所述光纤耦合器(3)并联所述可见光源(2)以校准和调整光路系统。

5.根据权利要求2所述的偏振保持光纤消光比测试装置，其特征在于所述调制稳定光源(1)通过所述1/4波片(44)和所述1/2波片(46)双波片组合确定快慢光轴，使得注入所述待测光纤(5)中的线偏振光的强度始终保持一致。

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