CN102680211A - 基于偏振分束干涉技术的保偏光纤偏振耦合强度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有技术准确度低，采集信号弱，信噪比差的主要问题，提供一种基于偏振分束干涉技术的测试方法，能够有效消除光源功率波动对测量结果的影响，显著提高保偏光纤偏振耦合强度的测量准确度低，并且控制方法简单，控制软件集成度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种保偏光纤偏振耦合强度测试方法，尤其是一种基于偏振分束干涉技术的保偏光纤偏振耦合强度测试方法。
背景技术
国内已有科研机构提出了针对保偏光纤偏振耦合强度分布参数的测量方法和测试系统，现有技术都是基于麦克尔逊干涉仪的分光干涉技术。申请专利号为“200410094123”的发明专利“高双折射保偏光纤弱模耦合测量仪及控制方法”，其设计的一种高精度高双折射保偏光纤弱模耦合测量仪，包括被测光纤、偏振态调整机构和麦克尔逊干涉仪，偏振态调整机构带动半波片旋转实现偏振光方向的调整；将偏振信号和耦合信号的方向调整到与检偏棱镜的透光轴夹角45度的位置。被测光纤输出光信号经偏振调整机构后，将偏振信号和耦合信号投影等比例的投影到检偏棱镜的透光轴上，然后进入干涉仪后分幅干涉。
现有的技术都是基于麦克尔逊干涉仪结构设计的保偏光纤偏振耦合强度分布参数测量系统，其控制方法的缺点是：
(1)无法消除光源功率波动对测量结果的影响，偏振耦合强度的测量准确度低；
(2)采集信号弱，信噪比差，需要硬件电路进行滤噪处理，提高了硬件设计成本。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于偏振分束干涉技术的测试方法，能够有效消除光源功率波动对测量结果的影响，显著提高保偏光纤偏振耦合强度的测量准确度低，并且控制方法简单，控制软件集成度高。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于偏振分束干涉技术的测试方法，具体为：将被测保偏光纤2两端熔接到保偏光纤跳线上，保偏光纤跳线首端接到宽光谱偏振光源1上。保偏光纤慢轴起偏入射，光源光谱成高斯分布；保偏光纤跳线末端连接到偏振分束干涉仪输入端的自聚焦透镜上，保证光束被扩束成平行光入射到偏振分束棱镜3中。偏振光经保偏光纤跳线耦合入被测保偏光纤2中，这时只有一种偏振主模Ix在保偏光纤中传播。当保偏光纤中某两个点发生偏振耦合时，一部分光耦合到正交的本征轴(快轴)上去，形成另一偏振耦合模，在光纤输出端将会得到三个线偏振光I′x I1和I2。由于双折射效应，正交的偏振模式以不同的速度沿光纤传播，从光纤出射时，I1和I2分别与I′x产生一定的光程差ΔNbl1和ΔNbl2，其中ΔNb表示两个偏振模式的相对折射率差，l1和l2分别表示I1和I2从耦合处到光纤出射端的距离。保偏光纤的两个偏振主轴分别与Mach-Zehnder偏振分束干涉仪中的偏振分束棱镜3的两个起偏轴对齐，当线偏振光I′x、I1和I2经过偏振分束棱镜3后，I′x被变成S光，I1和I2变成P光，分别进入干涉仪的两个干涉通道，其中S光经过一个中心波长为1550nm的宽带半波片4后，其起偏方向发生90度偏振，变为P’光；再经过两次全反射后和另一个干涉臂中经过两次全反射后的P光共同进入合束棱镜9，并且P’光和P光偏振方向相同。
控制系统12通过驱动光延迟器7起到改变干涉仪两个臂光程差的作用，当干涉仪处于等光程时，光电探测器上光电流值为I0，光电探测器9上得到的光电信号为I0；当干涉仪两干涉臂引入的光程差正好抵消ΔNbl2时，I′x和I2同时到达光电探测器11，产生光干涉包络C1，光电探测器9上得到的光电信号为I′1；当干涉仪两干涉臂引入的光程差正好抵消ΔNbl1时，I′x和I1同时到达光电探测器11，产生光干涉包络C2，光电探测器9上得到的光电信号为I′2；测控软件利用测得的干涉包络极值Max(Ci)、I0和I′i的值，以干涉仪等光程差时的I′0为参考值，对I′i进行归一化处理，得到不同的ki；带入公式i＝1，2中就可以得到两耦合点的耦合强度值。同时根据光延迟器7的位移量和保偏光纤的相对折射率差ΔNb得到耦合点到光纤出射端的距离l1和l2，其扫描干涉图如图1所示。如果保偏光纤存在多个耦合点时，只要继续驱动光延迟器7，将按照从光纤出射端到入射端的方向，依次得到保偏光纤中不同耦合点的干涉包络，进而得到不同耦合点的耦合强度和到光纤出射端的距离，最后测控软件将偏振耦合强度并与对应的位置信息一同显示在控制系统12中的软件采集窗口上。
本发明的有益效果是：
本发明涉及的测量方法的优点主要体现在以下三个方面：
(1)本发明采用了偏振分束棱镜实现了两个正交偏振光的分离，解决了麦克尔逊干涉仪两臂合束后发生多次耦合和多点互耦合的难题；
(2)本发明涉及的测试方法能够消除光源功率波动对测量结果的影响。
(3)采集信号比较大，可以将信号滤噪集成到测控软件中，降低了硬件设计成本。
附图说明
图1是本发明扫描干涉图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
提供一种基于偏振分束干涉技术的测试方法，具体为：将被测保偏光纤2两端熔接到保偏光纤跳线上，保偏光纤跳线首端接到宽光谱偏振光源1上。保偏光纤慢轴起偏入射，光源光谱成高斯分布；保偏光纤跳线末端连接到偏振分束干涉仪输入端的自聚焦透镜上，保证光束被扩束成平行光入射到偏振分束棱镜3中。偏振光经保偏光纤跳线耦合入被测保偏光纤2中，这时只有一种偏振主模Ix在保偏光纤中传播。当保偏光纤中某两个点发生偏振耦合时，一部分光耦合到正交的本征轴(快轴)上去，形成另一偏振耦合模，在光纤输出端将会得到三个线偏振光I′x I1和I2。由于双折射效应，正交的偏振模式以不同的速度沿光纤传播，从光纤出射时，I1和I2分别与I′x产生一定的光程差ΔNbl1和ΔNbl2，其中ΔNb表示两个偏振模式的相对折射率差，l1和l2分别表示I1和I2从耦合处到光纤出射端的距离。保偏光纤的两个偏振主轴分别与Mach-Zehnder偏振分束干涉仪中的偏振分束棱镜3的两个起偏轴对齐，当线偏振光I′x、I1和I2经过偏振分束棱镜3后，I′x被变成S光，I1和I2变成P光，分别进入干涉仪的两个干涉通道，其中S光经过一个中心波长为1550nm的宽带半波片4后，其起偏方向发生90度偏振，变为P’光；再经过两次全反射后和另一个干涉臂中经过两次全反射后的P光共同进入合束棱镜9，并且P’光和P光偏振方向相同。
控制系统12通过驱动光延迟器7起到改变干涉仪两个臂光程差的作用，当干涉仪处于等光程时，光电探测器上光电流值为I0，光电探测器9上得到的光电信号为I0；当干涉仪两干涉臂引入的光程差正好抵消ΔNbl2时，I′x和I2同时到达光电探测器11，产生光干涉包络C1，光电探测器9上得到的光电信号为I′1；当干涉仪两干涉臂引入的光程差正好抵消ΔNbl1时，I′x和I1同时到达光电探测器11，产生光干涉包络C2，光电探测器9上得到的光电信号为I′2；测控软件利用测得的干涉包络极值Max(Ci)、I0和I′i的值，以干涉仪等光程差时的I′0为参考值，对I′i进行归一化处理，得到不同的ki；带入公式
i＝1，2中就可以得到两耦合点的耦合强度值。同时根据光延迟器7的位移量和保偏光纤的相对折射率差ΔNb得到耦合点到光纤出射端的距离l1和l2，其扫描干涉图如图1所示。如果保偏光纤存在多个耦合点时，只要继续驱动光延迟器7，将按照从光纤出射端到入射端的方向，依次得到保偏光纤中不同耦合点的干涉包络，进而得到不同耦合点的耦合强度和到光纤出射端的距离，最后测控软件将偏振耦合强度并与对应的位置信息一同显示在控制系统12中的软件采集窗口上。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于偏振分束干涉技术的保偏光纤偏振耦合强度测试方法，其特征在于，将被测保偏光纤(2)两端熔接到保偏光纤跳线上，保偏光纤跳线首端接到宽光谱偏振光源(1)上，保偏光纤慢轴起偏入射，光源光谱成高斯分布；保偏光纤跳线末端连接到偏振分束干涉仪输入端的自聚焦透镜上，保证光束被扩束成平行光入射到偏振分束棱镜(3)中，偏振光经保偏光纤跳线耦合入被测保偏光纤(2)中，这时只有一种偏振主模Ix在保偏光纤中传播，当保偏光纤中某两个点发生偏振耦合时，一部分光耦合到正交的本征轴(快轴)上去，形成另一偏振耦合模，在光纤输出端将会得到三个线偏振光I′x I1和I2；由于双折射效应，正交的偏振模式以不同的速度沿光纤传播，从光纤出射时，I1和I2分别与I′x产生一定的光程差ΔNbl1和ΔNbl2，其中ΔNb表示两个偏振模式的相对折射率差，l1和l2分别表示I1和I2从耦合处到光纤出射端的距离；保偏光纤的两个偏振主轴分别与Mach-Zehnder偏振分束干涉仪中的偏振分束棱镜(3)的两个起偏轴对齐，当线偏振光I′x、I1和I2经过偏振分束棱镜(3)后，I′x被变成S光，I1和I2变成P光，分别进入干涉仪的两个干涉通道，其中S光经过一个中心波长为1550nm的宽带半波片(4)后，其起偏方向发生90度偏振，变为P’光；再经过两次全反射后和另一个干涉臂中经过两次全反射后的P光共同进入合束棱镜(10)，并且P’光和P光偏振方向相同；
控制系统(12)通过驱动光延迟器(7)起到改变干涉仪两个臂光程差的作用，当干涉仪处于等光程时，光电探测器上光电流值为I0，光电探测器(9)上得到的光电信号为I0；当干涉仪两干涉臂引入的光程差正好抵消ΔNbl2时，I′x和I2同时到达光电探测器(11)，产生光干涉包络C1，光电探测器(9)上得到的光电信号为I′1；当干涉仪两干涉臂引入的光程差正好抵消ΔNbl1时，I′x和I1同时到达光电探测器(11)，产生光干涉包络C2，光电探测器(9)上得到的光电信号为I′2；测控软件利用测得的干涉包络极值Max(Ci)、I0和I′i的值，以干涉仪等光程差时的I′0为参考值，对I′i进行归一化处理，得到不同的ki；带入公式
i＝1，2中就可以得到两耦合点的耦合强度值，同时根据光延迟器(7)的位移量和保偏光纤的相对折射率差ΔNb得到耦合点到光纤出射端的距离l1和l2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如果保偏光纤存在多个耦合点时，只要继续驱动光延迟器(7)，将按照从光纤出射端到入射端的方向，依次得到保偏光纤中不同耦合点的干涉包络，进而得到不同耦合点的耦合强度和到光纤出射端的距离，最后测控软件将偏振耦合强度并与对应的位置信息一同显示在控制系统(12)中的软件采集窗口上。
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