CN102269647B - 基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法 - Google Patents
基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102269647B CN102269647B CN 201110119844 CN201110119844A CN102269647B CN 102269647 B CN102269647 B CN 102269647B CN 201110119844 CN201110119844 CN 201110119844 CN 201110119844 A CN201110119844 A CN 201110119844A CN 102269647 B CN102269647 B CN 102269647B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- optical fiber
- fiber coupler
- maintaining
- extinction ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 83
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 54
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 14
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 101100379081 Emericella variicolor andC gene Proteins 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920006253 high performance fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比装置及方法。它将保偏光纤耦合器其中一个输出端和一个输入端相连构成一个最基本的环形谐振腔结构，通过测试光纤环形谐振腔的谐振曲线获取保偏光纤耦合器的偏振轴对准角度误差，得到保偏光纤耦合器的偏振消光比。测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置：光纤激光器、第一隔离器、光纤环形谐振腔、第二隔离器、光电探测器和示波器依次相连，光纤环形谐振腔置于温控面板上。同时对于光纤耦合器不能分离的光波导谐振腔，本发明可以无破坏性的对构成谐振腔的耦合器偏振消光比特性进行测试。本发明提供了一种新型简便的测试保偏光纤耦合器偏振消光比的方法，具有重要的科学意义与应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法。
背景技术
保偏光纤耦合器是能使耦合光保持与输入线偏振光相同偏振态的耦合器，是各种干涉型传感器和相干通信的关键器件，也是构成高精度、高性能光纤陀螺的基础元件之一。在光纤陀螺中，保偏光纤耦合器是连接光源、光电探测器和光纤谐振腔的重要器件。保偏光纤耦合器一方面把光源的光波输入到光纤环，另一方面把带有角速率信息的光强输出到探测器。而在光波导谐振腔中，保偏光波导耦合器与波导环在同一个衬底上构成一个谐振腔结构，作为谐振式微型光学陀螺的核心部件。保偏光纤耦合器的偏振消光比是用来表征偏振光耦合到各种元器件时的耦合质量，定义为沿传输轴方向的光强与转化到其正交方向上的光强之比，它是评价保偏耦合器对输入光保持偏振特性的重要参数。偏振消光比太低，会导致输出信号减弱，影响测试精度。
常用的偏正消光比的测试方法，需要使用昂贵的测试仪器，或者操作复杂，且对于环境的依赖性较大。因此如何采用合适的测试方法及装置，方便简单的获得保偏光纤耦合器的偏振消光比，对于光学陀螺中保偏光纤耦合器的应用及其对光学陀螺的进一步优化设计和性能提高，具有重要的科学意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比装置及方法。
基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比装置包括温控面板、光纤激光器、第一隔离器、第二隔离器、光电探测器和示波器；光纤激光器、第一隔离器、光纤环形谐振腔、第二隔离器、光电探测器和示波器顺次连接，光纤环形谐振腔置于温控面板上。
基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的方法的步骤如下：
1) 保偏光纤耦合器的第二输入端口和第二输出端口经过0°熔接后构成环形谐振腔，并至于温控面板上，0°熔接点距离耦合器的距离分别为LR和LL，并忽略腔中0°熔接点的偏振轴角度对准误差，通过控制温控面板的温度使保偏光纤的双折射率差保持ΔβL=2mπ，Δβ是x轴和y轴方向的传播常数差，L是光纤环的长度，m为整数；
2) 光纤激光器输出的激光经过第一隔离器后通过保偏光纤耦合器的第一输入端口进入光纤环形谐振腔，激光在保偏光纤耦合器的第一输出端口输出，再经过第二隔离器后由光电探测器将光纤环形谐振腔的输出激光信号转变成电信号，并通过示波器观察输出的电信号，当温控面板工作在使保偏光纤的双折射率差满足ΔβL=2mπ，并且光纤环形谐振腔的两个本征偏振态对应的两个谐振谷重合时，对应的光纤环形谐振腔的谐振点间距为保偏光纤耦合器偏振轴角度误差的两倍，即当ΔβL=2mπ时，两个本征偏振态谐振点间距表示为：
式中2ξ为两个本征偏振态的谐振点间距，θ cr 表示保偏光纤耦合器直通端口的偏振轴等效对准角度误差；
保偏光纤耦合器的偏振消光比的定义为沿传输轴方向的光强与转化到其他传输轴方向的光强之比，据此可以得到保偏光纤耦合器直通端口的偏振消光比：
本发明通过将保偏光纤耦合器的一个输入端口和一个输出端口通过0°熔接构成一个最基本的谐振腔结构，通过测试光纤环形谐振腔的两个本征偏振态的谐振点之间的距离，来获得保偏光纤耦合器的偏振消光比。现在的熔接机一般都可以做到熔接角度误差控制在1°以内，等效于35dB以上的偏振消光比。而保偏光纤耦合器的偏振消光比一般都小于30dB，绝大多数在20~25dB之间，因此熔接角度误差相对于保偏光纤耦合器的偏振轴对准角度差来说可以忽略。常用的偏正消光比的测试方法有旋转起偏器法和波长扫描法等，前者依赖于起偏器的性能，后者需要使用窄带光源，且外界扰动对测试结果影响较大。而消光比测试仪虽然测试精度较高，可以达到0.5dB，但是价格昂贵，不适合于一般实验室的器件性能测试。本发明根据保偏光纤的双折射效应和光纤环形谐振腔的谐振特性，提供了一种简单方便的获取保偏光纤耦合器的测试方法，利用常用的仪器搭建测试系统，且操作简单。同时对于光波导耦合器不能独立分离的光波导谐振腔，本发明可以无破坏性地对构成光纤环形谐振腔的光波导耦合器的偏振消光比特性进行测试。本发明对于光源及测试系统的其他器件没有特殊的要求，但测试精度受限于温控面板的温度控制精度，以及两个谐振谷底之间距离的测试精度。本发明的实施可为光学陀螺中保偏光纤耦合器的性能测试提供一种简便有效的方法，具有重要的科学意义和应用价值。
附图说明
图1是由保偏光纤耦合器构成光纤环形谐振腔结构示意图；
图2 是保偏光纤耦合器剖面图；
图3是保偏光纤耦合器偏振消光比测试装置结构示意图；
图4是保偏光纤耦合器偏振消光比测试曲线示意图；
图中：保偏光纤耦合器第一输入端口1、第一输出端口2、第二输入端口3、第二输出端口4、保偏光纤耦合器第二输入端口3与第二输出端口4的0°熔接点5、温控面板6、光纤激光器7、第一隔离器8、15°光纤熔接点9、光纤环形谐振腔10、第二隔离器11、光电探测器12、示波器13。
具体实施方式
如图1、3所示，基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比装置包括温控面板6、光纤激光器7、第一隔离器8、15°熔接点9、光纤环形谐振腔10、第二隔离器11、光电探测器12和示波器13；光纤激光器7、第一隔离器8、15°熔接点9、光纤环形谐振腔10、第二隔离器11、光电探测器12和示波器13顺次连接；光纤环形谐振腔10置于温控面板6上。
基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的方法的步骤如下：
1) 保偏光纤耦合器的第二输入端口3和第二输出端口4经过0°熔接点5后构成光纤环形谐振腔10，并至于温控面板6上，0°熔接点5距离耦合器的距离分别为LR和LL，并忽略腔中0°熔接点5的偏振轴角度对准误差，通过控制温控面板6的温度使保偏光纤的双折射率差保持ΔβL=2mπ，Δβ是x轴和y轴方向的传播常数差，L是光纤环的长度，m为整数；
2) 光纤激光器输出的激光经过第一隔离器后通过保偏光纤耦合器的第一输入端口进入光纤环形谐振腔，激光在保偏光纤耦合器的第一输出端口输出，再经过第二隔离器后由光电探测器将光纤环形谐振腔的输出激光信号转变成电信号，并通过示波器观察输出的电信号，当温控面板工作在使保偏光纤的双折射率差满足ΔβL=2mπ，并且光纤环形谐振腔的两个本征偏振态对应的两个谐振谷重合时，对应的光纤环形谐振腔的谐振点间距为保偏光纤耦合器偏振轴角度误差的两倍，即当ΔβL=2mπ时，两个本征偏振态谐振点间距表示为：
式中2ξ为两个本征偏振态的谐振点间距，θ cr 表示保偏光纤耦合器直通端口的偏振轴等效对准角度误差；
保偏光纤耦合器的偏振消光比的定义为沿传输轴方向的光强与转化到其他传输轴方向的光强之比，据此可以得到保偏光纤耦合器直通端口的偏振消光比：
在保偏光纤耦合器直通端口耦合系数较大的前提下，利用传输矩阵的方法建立光纤环形谐振腔的偏振特性分析模型，考虑光纤环形谐振腔内熔接点损耗为α s ，光纤熔接的偏振轴对准角度误差为零，则光纤熔接点的传输矩阵可以表示为：
I为单位对角矩阵。
一段长度为z，扭转角度为零的光纤的传输矩阵可以表示为：
其中β是光波在光纤中的平均传播常数，可以表示为：
（4）
式中，β x 、β y 和n x 、n y 分别表示两个偏振态的传播常数和有效折射率。
熔接点前后两段光纤的光波传输矩阵A和B分别可以表示为：
（5）
光绕光纤环形谐振腔传输一周，除去保偏光纤耦合器外的传输矩阵Fs可以表示为：
当考虑光纤环形谐振腔的附加损耗与偏振无关的情况下，光波传输光纤环形谐振腔一周的传输矩阵可以表示为：
式中，
其中，C l 、C r 和C t 分别为保偏光纤耦合器的附加损耗、直通和交叉端口的耦合传输矩阵，Tr、Tt分别表示保偏光纤耦合器直通和交叉端口串扰的传输矩阵，分别可以表示为：
（16）
其中，α c 、C bar 和C cross 分别表示为保偏光纤耦合器的附加损耗、直通和交叉端口的光场幅度耦合系数，θ cr 和θ ct 分别表示保偏光纤耦合器直通端口和交叉端口的偏振轴等效对准角度误差。
通过计算，
的特征值λ1和λ2可以分别表示为：
其中，βL±ξ分别表示两个本征偏振态对应光波绕光纤环形谐振腔传输一周产生的相位，且有：
令a和b分别表示入射光纤环形谐振腔的光波在两个特征向量上的投影分量大小，则入射光波可以表示为：
出射光波用入射光波表示为：
（21）
其中，
则光纤环形谐振腔的输出光强可表示为：
化简后可以得到：
（24）
H 表示共轭转置运算。其中，
（26）
（27）
由式（24）可知，光纤环形谐振腔的输出是由两个谐振曲线线性叠加而成，其分别对应于光纤环形谐振腔的两个本征偏振态。同时，两个谐振曲线谐振点的距离为2ξ。
当温控面板工作在使保偏光纤的双折射率差满足ΔβL=2mπ时，两个本征偏振态对应的两个谐振谷重合，如图4示，对应的谐振点间距即为光纤环形谐振腔直通端口偏振轴角度误差的两倍。两个本征偏振态的谐振点间距可以表示为：
（28）
根据图4的测试结果，可知保偏光纤耦合器的偏振轴对准角度误差约为8 °，对应的保偏光纤耦合器的偏振消光比约为17 dB。
Claims (2)
1.一种基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比装置，其特征在于包括温控面板(6)、光纤激光器(7)、第一隔离器(8)、15°熔接点(9)、光纤环形谐振腔(10)、第二隔离器(11)、光电探测器(12)和示波器(13)；保偏光纤耦合器的第二输入端口(3)和第二输出端口(4)经过0°熔接后构成光纤环形谐振腔(10)；光纤激光器(7)、第一隔离器(8)、15°熔接点(9)、光纤环形谐振腔(10)、第二隔离器(11)、光电探测器(12)和示波器(13)顺次连接；光纤环形谐振腔(10)置于温控面板(6)上。
2.一种使用如权利要求1所述装置的基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的方法，其特征在于它的步骤如下：
1) 保偏光纤耦合器的第二输入端口(3)和第二输出端口(4)经过0°熔接后构成环形谐振腔(10)，并至于温控面板(6)上，0°熔接点(5)距离保偏光纤耦合器耦合器的距离分别为LR和LL，并忽略腔中0°熔接点(5)的偏振轴角度对准误差，通过控制温控面板(6)的温度使保偏光纤的双折射率差保持ΔβL=2mπ，Δβ是x轴和y轴方向的传播常数差，L是光纤环的长度，m为整数；
2) 光纤激光器(7)输出的激光经过第一隔离器(8)后通过保偏光纤耦合器的第一输入端口(1)进入光纤环形谐振腔(10)，激光在保偏光纤耦合器的第一输出端口(2)输出，再经过第二隔离器(11)后由光电探测器(12)将光纤环形谐振腔(10)的输出激光信号转变成电信号，并通过示波器(13)观察输出的电信号，当温控面板(6)工作在使保偏光纤的双折射率差满足ΔβL=2mπ，并且光纤环形谐振腔(10)的两个本征偏振态对应的两个谐振谷重合时，对应的光纤环形谐振腔(10)的谐振点间距为保偏光纤耦合器偏振轴角度误差的两倍，即当ΔβL=2mπ时，两个本征偏振态谐振点间距表示为：
式中2ξ为两个本征偏振态的谐振点间距，θ cr 表示保偏光纤耦合器直通端口的偏振轴等效对准角度误差；
保偏光纤耦合器的偏振消光比的定义为沿传输轴方向的光强与转化到其他传输轴方向的光强之比，据此得到保偏光纤耦合器直通端口的偏振消光比：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110119844 CN102269647B (zh) | 2011-05-10 | 2011-05-10 | 基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110119844 CN102269647B (zh) | 2011-05-10 | 2011-05-10 | 基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102269647A CN102269647A (zh) | 2011-12-07 |
| CN102269647B true CN102269647B (zh) | 2012-12-19 |
Family
ID=45052011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110119844 Expired - Fee Related CN102269647B (zh) | 2011-05-10 | 2011-05-10 | 基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102269647B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105891950A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-08-24 | 福州大学 | 一种基于微型环形谐振腔的涡旋可控光发射器 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102928204B (zh) * | 2012-11-07 | 2015-04-08 | 中国计量科学研究院 | 光纤偏振消光比标准器 |
| CN103743553B (zh) * | 2013-12-30 | 2016-09-14 | 哈尔滨工程大学 | 一种集成波导调制器的双通道光学性能测试装置及其偏振串音识别与处理方法 |
| CN105606345A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-05-25 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波长编码技术光电探测器频响的测试装置及测试方法 |
| CN106772818B (zh) * | 2017-01-23 | 2019-05-17 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 测量大口径磁光隔离器隔离比的全光纤装置 |
| CN112444372A (zh) * | 2019-08-27 | 2021-03-05 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 一种片上波导损耗测量方法、测量装置及其制造方法 |
| CN111220183A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-02 | 世维通河北科技有限公司 | 快速准确偏振对准装置及方法 |
| CN113340563B (zh) * | 2020-10-21 | 2024-04-02 | 南京牧镭激光科技股份有限公司 | 声光调制器动态消光比的测试方法 |
| CN117969043B (zh) * | 2024-03-28 | 2024-05-31 | 德州振飞光纤技术有限公司 | 一种保偏光纤偏振轴的检测装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1016280B (zh) * | 1988-11-10 | 1992-04-15 | 盛列义 | 测量光纤和光学系统偏振消光比的方法与装置 |
| JP2000193528A (ja) * | 1998-12-24 | 2000-07-14 | Nec Corp | 消光比測定方法および消光比測定装置 |
| TWI352804B (en) * | 2008-12-17 | 2011-11-21 | Ind Tech Res Inst | Apparatus and method for monitoring extinction rat |
| CN101979985A (zh) * | 2010-05-26 | 2011-02-23 | 上海大学 | 偏振保持光纤消光比测试装置 |
-
2011
- 2011-05-10 CN CN 201110119844 patent/CN102269647B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105891950A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-08-24 | 福州大学 | 一种基于微型环形谐振腔的涡旋可控光发射器 |
| CN105891950B (zh) * | 2016-06-24 | 2019-05-10 | 福州大学 | 一种基于微型环形谐振腔的涡旋可控光发射器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102269647A (zh) | 2011-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102269647B (zh) | 基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法 | |
| CN107894245B (zh) | 一种应变与温度同时测量的保偏光纤干涉仪 | |
| JP5307558B2 (ja) | コア間カップリングを備えたマルチコアフォトニックバンドギャップファイバ | |
| WO2019148539A1 (zh) | 一种光纤温度传感器 | |
| CN107015310B (zh) | 一种基于多芯光纤偏芯熔接的多通道干涉仪及其制备方法 | |
| TWI444680B (zh) | 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器 | |
| CN112082735B (zh) | 一种基于Sagnac结构的光纤敏感环双向同步测量装置及方法 | |
| Feng et al. | Distributed polarization analysis with binary polarization rotators for the accurate measurement of distance-resolved birefringence along a single-mode fiber | |
| CN100533095C (zh) | 光波导环形谐振腔基本结构参数的测试装置及其方法 | |
| CN105841928A (zh) | 一种光纤偏振器件的高消光比测量方法 | |
| CN101923102B (zh) | 基于马赫与泽德干涉仪的光纤加速度计 | |
| CN106568580B (zh) | 保偏光纤的轴向应变-双折射系数的测量系统及测量和计算方法 | |
| CN112082651B (zh) | 一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法 | |
| Yu et al. | Optical frequency domain polarimetry for distributed polarization crosstalk measurement beyond a 110 dB dynamic range | |
| Tian et al. | Sensitivity-Enhanced and Compact Refractometer Based on Double Assembled Long-Period Fiber Gratings With Tapered Fiber Structure | |
| AU2020103314A4 (en) | A dual F-P cavity and a Mach-Zehnder interferometer combined interferometer | |
| CN108956092B (zh) | 一种基于集成y波导结构的偏振耦合分布标定器及方法 | |
| Zhao et al. | Pressure and temperature sensor based on fiber-optic Fabry-Perot interferometer by phase demodulation | |
| CN110207953B (zh) | 基于光纤结构的线偏振光纤激光器消光比测试方法 | |
| Li et al. | Inconsistency measurement between two branches of LiNbO3 integrated optic Y-junction | |
| Tong et al. | Asymmetric structure optical fiber humidity sensor assisted by the virtual Vernier effect | |
| CN105823624A (zh) | 一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法 | |
| CN104180970B (zh) | 保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性测试方法及装置 | |
| CN113465878B (zh) | 一种保偏少模光纤拍长测量装置和测量方法 | |
| CN103792405A (zh) | 微组装准互易反射式光波导电场或电压传感头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121219 Termination date: 20180510 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |