CN102914421A - 一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法和装置，该方法包括：将线性偏振光耦合入光学双折射媒介中，并在其中产生一光信号；将该光信号接入一干涉仪，获取两正交偏振模间光干涉信号；对所获取的光干涉信号进行处理，获得含有双折射色散影响的光学双折射媒介中两正交偏振模间偏振串扰点的包络谱函数；对包络谱函数测量，得出光学媒介中的双折射色散参数，再用求得的包络宽度展宽补偿函数对包络谱函数的展宽进行修正，得到修正后的包络谱函数，通过该修正后的包络谱函数获得光学双折射媒介中偏振串扰。本发明可消除因为双折射色散引起的包络谱展宽带来的对测量精度的不良影响。

Description

一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法及其设备

技术领域

本发明属于光学偏振特性测量技术领域，特别涉及通过对由于双折射色散引起串扰点包络宽度线性展宽进行补偿修正，实现对双折射光学材料及仪器中偏振串扰点的测量。

背景技术

对于各种不同的光学装置、系统及应用中，光偏振特性是光信号一个相当重要的物理参量。由于在不同折射率的媒介中光信号以不同的偏振态进行传输，因此不同双折射的光学媒介又会改变或者影响光信号的偏振态。例如，光纤本身具有双折射效应，因此在其中传播的光偏振态会发生改变。光纤中的双折射通常会随时间而变化，也会随着其工作环境——如压力或者温度的变化而随机变化。

保偏光纤就是一种具有光学双折射材料的例子，它具有很高的双折射特性，从而保证其内部两个独立的偏振模传输态——HE^Slow ₁₁和HE^fast ₁₁，即光仅沿着保偏光纤偏振态相互垂直的快轴和慢轴传播。在保偏光纤中，沿慢轴HE^Slow ₁₁的偏振光折射率要比沿快轴HE^fast ₁₁模态偏振光折射率高。当线偏振光偏振方向与慢轴方向一致被耦合进入保偏光纤，此时，只有HE^Slow ₁₁模态的偏振光被激发，传输光的偏振态将保持慢轴偏振光特性；相反，当线偏振光偏振方向与快轴方向一致被耦合进入保偏光纤，则只有HEf^ast ₁₁模态的偏振光被激发，传输光的偏振态将保持快轴偏振光特性。保偏光纤这种保持光偏振态的特性可以有多种用途，例如光纤陀螺、集成光学设备、高性能干涉仪和偏振传感仪、量子保密密钥分配、光纤激光器等。发生在保偏光纤上的扰动-例如施加在保偏光纤上的应力，将会引起保偏光纤相互垂直的两偏振模之间产生光的串扰（或叫光耦合），即一个偏振模的光能量将会转移到另一个偏振模上。

在保偏光纤中，由于保偏光纤本身存在的内部缺陷或者作用在光纤上的外部应力影响，即使入射光与保偏光纤的快轴或慢轴完全对准入射，在保偏光纤两偏振模之间也会发生光能量的耦合。通常采用偏振串扰来表征保偏光纤中快轴和慢轴之间模式的耦合情况。在实际应用中，需要对保偏光纤中串扰点的位置进行定位和对其串扰点的大小进行测量。例如，在光纤陀螺应用中，通常采用偏振串扰测量来检测保偏环绕制前原料光纤的质量，以及对绕纤过程中串扰点对保偏光纤环的恶化进行控制和在光纤环绕制结束后的质量进行诊断。保偏光纤本身也可作为光学传感介质，可利用偏振串扰作为传感信息。例如，通过偏振串扰测量来获得沿保偏光纤长度上的应力分布，可对桥梁、隧道、堤坝、管道沿线或输油管输气管、建筑物等的结构变化进行监测。在保偏光纤上出现机械扰动，将直接引起其偏振串扰，因此对偏振串扰进行测量还可以发现保偏光纤链路中的侵入活动。偏振串扰测量还能用于检测保偏光纤的质量，通过对保偏光纤中串扰点缺陷部位进行定位，此举能帮助光纤生产商消除或者使用者避开光纤中的缺陷部位，或者通过预先的测量做到减少缺陷点的影响。偏振串扰测量还可用于测量偏振波导的高消偏比、获得光源的自相关函数、测量保偏光纤的双折射、保偏光纤和单模光纤的长度和对干涉仪的光程进行匹配。

沿保偏光纤上快慢轴之间传播的光波所发生的干涉信号，是体现在保偏光纤中串扰点位置上，而在多个串扰点之间的光波多次耦合干涉则被称为为鬼影干涉信号。当在保偏光纤上存在多个强的耦合点时鬼影干涉信号会变得很强，这样就容易造成对串扰点位置和串扰强度的误判。

图1所示是一个使用光学干涉仪器对沿保偏光纤上偏振串扰的空间分布的进行测量的典型装置，其中图1A为测量装置的元件构成图；图1B给出了相对于保偏光纤主轴而言，起偏器的偏振方向；图1C给出了沿着保偏光纤多个位置由保偏光纤应力引起两个正交偏振态之间的偏振串扰分布情况。

在图1中，由宽带光源产生的宽带光101经由位置A处进入保偏光纤110中。该光101偏振方向与保偏光纤慢轴相一致。在B点处的压力引起沿保偏光纤快轴和慢轴两个正交的偏振方向之间产生偏振耦合，并直接产生一个与快轴方向相一致的偏振分量。由于保偏光纤中两个偏振成分以不同速度进行传播，因此在光纤的输出端111（位置C）两偏振成分之间将会产生不同的相位延迟，两者的相位延迟差ΔZ如公式（1）所示：

△z＝n_sz-n_fz＝△nz    (1)

其中n_s和n_f分别是快轴和慢轴的折射率，两个折射率差是Δn，Z是耦合点B到输出点C之间的距离。如果在光纤输出端111后放置一个起偏器120，并使得其偏振方向与保偏光纤的慢轴呈45度（图1B），此时对于两偏振成分而言，均有一半的光能量通过起偏器120，并以与起偏器偏振轴方向一致相同的偏振方向出射。

因此，当直接将干涉仪用于接收从起偏器120输出的光时，由于起偏器120的作用使得保偏光纤中两正交偏振模成分发生干涉。因此这个光干涉仪可以用于偏振串扰的测量。

图1中所举例的干涉仪为典型的迈克尔逊干涉仪，其结构工作原理为：一个光分束器130用来接收来自起偏器120的输出光，并将所接收到的光分成两束，其中一束光沿着第一光路142传播经由固定反射镜140进行反射，而另一束光沿着第二光路143传播经由可移动反射镜141进行反射。通过一驱动马达改变可移动反射镜141的位置，进而对移动臂中的光程进行调整。由反射镜140和141反射后两束光将沿着第一光路和第二光路逆向回到分束器130。由反射镜140和141反射后的光回到分束器上时，由于空间交叠而发生干涉，产生干涉输出信号132，此干涉信号随着可移动反射镜的移动而呈周期重现。在干涉信号中相邻两干涉峰之间的光程差对应于反射镜141移动的距离△n·z，相应的根据公式（1）可以获得保偏光纤中的耦合点的位置为z＝△z/△n。耦合点的位置也可以从干涉图表中得出。耦合率也可以通过干涉峰的强度计算出。

图1C所示是保偏光纤中存在多点耦合的情况。在这种情况下，测量过程变得更复杂。如果保偏光纤中有（n+1）个耦合点（x₀x₁x₂··x_n），则沿着慢轴方向传输的线偏振输入光波112将在输出末端处113分成2n个沿着慢轴的小波包和2n个沿着快轴的小波包。这样，在第i个耦合点之后，沿快轴方向和慢轴方向的两个波包

和

分别包括2i波包，其光路光程可以描述为公式（2）

$P_{s_i}=\left(\begin{array}{c}{P}_{s_i,1}\\ P_{s_i,2}\\ \•\\ P_{s_i,j}\\ \•\\ P_{s_i,2^i}\end{array}\right)$ $P_{f_i}=\left(\begin{array}{c}{P}_{f_i,1}\\ P_{f_i,1}\\ \•\\ P_{f_i,f}\\ \•\\ P_{f_i,2^i}\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中

j(j=1to 2ⁱ)和

j(j=1 to 2ⁱ)是分别表示

和

中的第j个波包列的光程。第(i+1)个耦合点之后的波包串的光程可以用公式（3）计算出

$P_{s_{i+1}}=P_{f_{i+1}}=\left(\begin{array}{c}(x_{i+1}-x_i)n_s+P_{s_{i}1}\\ (x_{i+1}-x_i)n_s+P_{s_{i}2}\\ \•\\ (x_{i+1}-x_i)n_s+P_{\mathrm{si},2^i}\\ (x_{i+1}-x_i)n_f+P_{f_{i}1}\\ (x_{i+1}-x_i)n_f+P_{f_{i}2}\\ \•\\ (x_{i+1}-x_i)n_f+P_{\mathrm{fi},2^i}\end{array}\right),---\left(3\right)$ 基于公式（3），保偏光纤输出处的波包光程可以由公式（4）获得

$P_{\mathrm{sn}}=P_{\mathrm{fn}}=\left(\begin{array}{c}(x_n-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{n-\mathrm{1,1}}\\ (x_n-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{{n-1}_{i}2}\\ \•\\ (x_n-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{\mathrm{si}-1,2^{n-1}}\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1_{i}1}\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1_{i}2}\\ \•\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1,2^{n-1}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(x_n-x_0)n_s\\ (x_n-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{n-\mathrm{1,2}}\\ \•\\ (x_i-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{n-1,2^{n-1}}\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1_{i}1}\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-\mathrm{1,2}}\\ \•\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1,2^{n-1}-1}\\ (x_n-x_0)n_f\end{array}\right)---\left(4\right)$

对应的波包串强度Is_n和If_n可以通过下面公式计算

${\mathrm{Is}}_n=\frac{{\mathrm{Is}}_{n-1}}{1+c_n}\⊕\frac{c_n}{1+c_n}{\mathrm{If}}_{n-1}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,2}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{Is}}_{n-1,2^{i-1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,1}}*c_n/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,2}}*c_n/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,3}}*c_n/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{If}}_{n-1,2^{n-1}}*c_n/(1+c_n)\end{array}\right)\≈\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,2}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{Is}}_{n-1,2^{i-}}/(1+c_n)\\ 0\\ 0\\ 0\\ \•\\ 0\end{array}\right)---\left(5\right)$

${\mathrm{If}}_n=\frac{c_n}{1+c_n}{\mathrm{Is}}_{n-1}\⊕\frac{1}{1+c_n}{\mathrm{If}}_{n-1}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,1}}*c_n/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,2}}*c_n/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,3}}*c_n/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{Is}}_{n-1,2^{i-1}*c_n}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,2}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{If}}_{n-1,2^{n-1}}/(1+c_n)\end{array}\right)\≈\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ \•\\ 0\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,2}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{If}}_{n-1,2^{n-1}}/(1+c_n)\end{array}\right)---\left(6\right)$

这里c_n是在x_n点的耦合系数，可用于描述串扰参数，即串扰=abs(10*logc_n)。光程P和相应的沿初始偏振方向分别沿着保偏光纤的慢轴和快轴两个波包串Ps_n和Pf_n，在通过45度的起偏器120后，将合成一个与起偏器120传输方向一致的波包串。起偏器120方向起偏的波包串光强I可以由公式（7）、（8）计算：

$P=\left(\begin{array}{c}p1\\ p2\\ p3\\ \•\\ \•\\ \•\\ \•\\ \•\\ p_{2^n}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(x_n-x_{n-1})n_s\\ (x_n-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{n-\mathrm{1,2}}\\ \•\\ \underset{\‾}{(x_n-x_{n-1})n_s+{\mathrm{Ps}}_{n-1,2^{n-1}}}\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1_{i}1}\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-\mathrm{1,2}}\\ \•\\ (x_n-x_{n-1})n_f+{\mathrm{Pf}}_{n-1,2^{n-1}-1}\\ (x_n-x_0)n_f\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Ps}}_{n-1}\\ {\mathrm{Pf}}_{{n-}^1}\end{array}\right)---\left(7\right)$

$I\≈\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Is}}_{n\mathrm{1,1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,2}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{Is}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ \•\\ \underset{\‾}{{\mathrm{Is}}_{n-1,2^{i-1}}/(1+c_n)}\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,1}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ {\mathrm{If}}_{n-\mathrm{1,3}}/(1+c_n)\\ \•\\ {\mathrm{If}}_{n-1,2^{n-1}}/(1+c_n)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Is}}_{n-1}\\ {\mathrm{If}}_{n-1}\end{array}\right)---\left(8\right)$

当第二光路中的反射镜141通过移动改变其自身位置，波包串P中（见公式（7））任何两个波列均会产生干涉信号，而且干涉图位置由两个脉冲波列之间的延迟差决定。所有干涉峰值的总数为2ⁿ*(2ⁿ-1)/2，其中有n个干涉峰值代表实际耦合点，而其余的干涉峰值则为鬼影干涉信号峰值。这些鬼影干涉信号峰不仅产生伪耦合信号，还可能与真实耦合点处的干涉峰值发生重组。因此，鬼影干涉信号峰的存在会降低串扰点分布和幅度的测量精度。

公式（7）和（8）显示，波包列有两个组，一组为由公式（7）上半部即由来自保偏光纤沿慢轴方向起偏的Ps_n-1描述，另一组则由公式（7）下半部即来自保偏光纤沿快轴方向起偏的Pf_n-1描述。在Ps_n-1组中任意两个脉冲之间的干涉条纹位置与保偏光纤最后一段(x_n-x_n-1)的长度无关，并且任意两个之间延迟差均比(x_n-1-x₀)*n短。在Pf_n-1组中任意两个脉冲波列的干涉条纹的位置也同样与保偏光纤最后一段(x_n-x_n-1)的长度无关，同理，任意两个脉冲之间延迟差也都小于(x_n-1-x₀)*n。当考虑波包P的顶部和底部之间的干涉时，由Ps_n-1和Pf_n-1两组中的任意一波列之间延迟，均为(x_n-x_n-1)n+(Ps_n-1,j-Pf_n-1，k)。最后保偏光纤段x_n-x_n-1的长度比之前从0到n-1的保偏光纤长度(x_n-1-x₀)长，因此干涉峰值将在位置上分为两组。一个组由Ps_n-1或Ps_f-1中任意两个波包之间的干涉产生；而另一个群组被依次由Ps_n-1中的一个波包和Ps_f-1中一个波包之间的干涉产生。对于高消光比的保偏光纤链路通常要求在光纤中连接位置处的耦合系数c₁,c₂..c_i非常小来满足公式(7)所描述的波列P1有较高的能量。当忽略二次耦合和三阶干涉而产生的波包时，此时在第二组干涉中仅有n个干涉信号，则干涉仪参考臂与移动臂之间的光程差可描述为：

$(x_n-x_{n-1})\mathrm{\Δn}+\left(\begin{array}{c}0\\ (x_{n-1}-x_{n-2})\mathrm{\Δn}\\ (x_{n-1}-x_{n-3})\mathrm{\Δn}\\ \•\\ \•\\ (x_{n-1}-x_0)\mathrm{\Δn}\end{array}\right)---\left(9\right)$

其对应于保偏光纤中从0到n-1个耦合点情况。

为了克服鬼影干涉信号峰对偏振串扰测量的影响，目前通常是在待测保偏光纤与起偏器之间插入一个光学延迟，用于对保偏光纤两偏振模中的光束引入一个附加的延迟，这种测量装置的结构及其工作原理如图2所示。图2通过提供待测保偏光纤与干涉仪之间的光学延迟装置，给出了一种用于测量保偏光纤中偏振串扰空间分布的结构图（图2A）。输入光201在通过待测保偏光纤202后，通常被分为正交两波列，两波列分别沿着保偏光纤的快慢轴进行传输（图2B）。在图2C中，延迟设备210将在两正交波列间引入一附加延迟L，应满足在真空下延迟L大于n*l，其中n为保偏光纤的双折射，而l为保偏光纤的长度，并且仅对与保偏光纤中沿慢轴传输的偏振光引入该附加延迟。在经过45度起偏器220后，产生附加延迟的这两波列序列将与起偏器220起偏方向重合在一起。紧接起偏器后为一干涉仪230，用于在n*l和L-n*l之间产生一组延迟的干涉信号，这些干涉信号仅相应于耦合点位置处偏振耦合而引起实际信号，而消除或抑制了伪耦合峰值点。在干涉仪230之后加一个信号处理装置240用于接收从干涉仪230输出信号，通过对输出信号进行运算处理实现对保偏光纤中耦合点位置和相应的耦合点幅值进行测量。例如，当保偏光纤中存在3个耦合点x₁,x₂和x₃的情况下，输入光与保偏光纤慢轴方向对准输入。在每个串扰点上，不仅保偏光纤慢轴上光能量耦合到快轴上，而且快轴上的光能量也会耦合到慢轴上。其结果将导致保偏光纤输出的波包列包括多次耦合而引起的波包。在经过45度起偏器后，相应于快慢轴上的波列将混合到一起。如果将混合光输入到干涉仪中，通过改变干涉仪一臂光程则可以观测到一系列的干涉峰值信号。然而，所观测到的干涉峰值信号包括保偏光纤中实际耦合点处峰值信号和鬼影干涉信号峰值信号，其实在保偏光纤中并不存在与伪耦合峰值信号相对应的耦合点，因此鬼影干涉信号峰值信号的存在会引起对实际耦合点信号的误判。同时伪耦合峰值信号也会出现叠加在实际的峰值信号上，削弱耦合点测量精度。通常采用如图2中所示在保偏光纤输出端与起偏器输出端之间插入一延迟设备210来有效的抑制伪耦合峰值点的个数和幅值。此延迟设备为偏振选择的，所以可实现在保偏光纤慢轴与快轴之间引入一个附加延迟。这样由快轴和慢轴输出的两波列在经过起偏器后将在时间上分离开来。如果在干涉仪固定臂及移动臂中引入相同的延迟，则当延迟线的延迟量进行改变时，将不会出现零阶，二阶及高阶干涉信号；因此，在测量中大部分的鬼影干涉信号峰值信号将消失。因此，相比其他的干涉仪设备如图1中所述的，图2中的设备将具有更高的位置测量精度，更高的动态范围和更高的灵敏度。

图2中偏振选择光延迟器可以采用多种结构来实现，根据图2所示设备的特殊应用可在多种结构中进行选择。一种方法是通过使用一个偏振分束器，将保偏光纤中两偏振模的光分离成沿不同光路传输的两束光信号，在对这两路光信号中的一路使用一个可变光延迟设备引入一个可变的光延迟后，再进行重新合成进入后续干涉仪。以上这些结构的例子均可使用固定光学延迟设备，用于产生一个所需的光学延迟L(L>n*l，其中l为待测保偏光纤的长度)，也可使用一个可变延迟器，通过控制其延迟变化，达到所需要光学延迟长度L。如图2所示，通过使用一个合适的延迟可实现对鬼影干涉信号峰进行抑制，如2010年5月14号US出版号为US 2011/0277552A1，应用系列号为12/780,593，题目为“保偏光纤和光学双折射材料中偏振串扰的测量”专利。

虽然该专利解决了保偏光纤和光学双折射材料中偏振串扰的测量，消除了鬼影干涉信号峰对偏振串扰测量精度的影响，但是，在对长距离保偏光纤的偏振串扰测量的时候，由于保偏光纤中的双折射色散的存在，会出现串扰峰的展宽，从而影响到确定串扰点的测量精度。现有技术中并未考虑保偏光纤和光学双折射材料中存在的双折射色散对偏振串扰点测量精度的影响，因而导致利用上述专利中所采用的方法进行的偏振串扰点的测量精度随待测保偏光纤和光学双折射材料的长度增加而衰减，影响实际偏振串扰测量精度。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法及其设备,该方法基于双折射色散引起串扰点包络宽度线性展宽补偿实现对光学材料及仪器中偏振串扰点的测量，可用于校正双折射媒介中双折射色散引起的谱宽展宽。

一方面，本发明提出的一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将宽带光源输出的线性偏振光耦合入一具有保持传输光两正交偏振模的功能的光学双折射媒介中，并在该光学双折射媒介中产生一光信号；

2）将该光信号接入一干涉仪，获取两正交偏振模间光干涉信号；

3）对所获取的光干涉信号进行处理，获得含有双折射色散影响的光学双折射媒介中两正交偏振模间偏振串扰点的包络谱函数；

4）基于对步骤3）获得的包络谱函数测量，得出光学媒介中的双折射色散参数，基于双折射色散参数求得包络宽度展宽补偿函数，利用包络宽度展宽补偿函数对含有双折射色散影响的包络谱函数的展宽进行修正，得到修正后的包络谱函数，通过该修正后的包络谱函数获得光学双折射媒介中偏振串扰。

所述步骤4）中所述基于双折射色散参数求得包络宽度展宽补偿函数具体包括：

对光学双折射媒介中沿光路上两个或多个不同位置处包络谱函数包络宽度进行测量，提取光学双折射媒介的双折射色散参数；并用所获取的双折射色散参数，生成包络宽度展宽补偿函数，用于修正光学双折射媒介中由于双折射色散而导致的包络谱函数展宽的现象。

所述步骤4）得到修正后的包络谱函数具体方法为：通过将含有双折射色散影响的包络谱函数与包络宽度展宽补偿函数进行相乘得到修正后的包络谱函数。

另一方面，本发明提出一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：

一个耦合装置，用于将宽带光源发射的线偏振光耦合到可保持两个正交偏振模的光学双折射媒介中，并从光学双折射媒介产生输出光信号；一个光学干涉仪，用于接收由双折射媒介的输出光信号，并处理该信号获得双折射媒介中两正交偏振模的光干涉信号；

一个处理设备，用于对所获得的光干涉信号进行处理，获得光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振串扰点的包络谱函数，并基于对光学双折射包络谱的测量，获得光学双折射媒介中的双折射色散参数，利用求取的双折射色散参数得到包络宽度展宽补偿函数，应用包络宽度展宽补偿函数与包络谱函数进行相乘，减小光学双折射媒介中双折射色散导致的包络谱函数中包络展宽现象。本发明还提出另一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：

一宽带光源模块，用于产生一宽谱线偏振光，该偏振光输入至一光学双折射媒介，该光学双折射媒介由于其自身所具有的光学双折射特性使得其具有使通过的光保持正交偏振模的能力，并由光学双折射媒介产生一光信号；

一光学干涉仪，用于接收由光学双折射媒介中输出的光信号，并生成两正交偏振模之间光的干涉信号；

一光学探测器，用于接收由光学干涉仪输出的携带有干涉信息的光信号，并产生一探测器输出电信号；

一处理器，用于处理由探测器输出的电信号，通过运算处理输出一控制信号，直接反馈至光学干涉仪控制干涉仪两臂中的相对延迟，获取光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振耦合点的包络谱函数，并对包络谱函数运用包络宽度展宽补偿函数，减小光学双折射媒介中由于光学双折射色散而导致的包络谱函数的包络展宽。

本发明的特点及有益效果：

本发明包含了用于测量包括保偏光纤在内的具有光学双折射特性的媒介中偏振串扰的技术及仪器设备。一方面，一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法，包括将一束宽光谱的线偏振光耦合进入光学双折射媒介中，经过双折射媒介后产生一个光信号，该媒介由于本身所具有的光学双折射特性可保持两相互垂直的偏振模态；直接将输出光信号接入一干涉仪以获取两垂直偏振态间的干涉光信号；通过对所获得的干涉光信号进行处理得到双折射媒介中两垂直偏振态之间偏振交叉耦合的包络谱函数；基于双折射媒介中包络谱函数，获得双折射媒介的双折射色散参数，利用双折射色散参数可直接求得色散补偿函数，应用色散补偿函数进行运算处理，来减少该媒介中由于光学双折射色散造成的包络谱展宽的现象。另一方面，本发明还提出一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：一个耦合装置，用于将宽带光源发射的线偏振光耦合到可保持两个正交偏振模的光学双折射媒介中，并从光学双折射媒介产生输出光信号；一个光学干涉仪，用于接收由双折射媒介的输出光信号，通过处理该信号获得双折射媒介中两正交偏振模的光干涉信号；一个运算处理设备，用于对所获得的光干涉信号进行运算处理，获得光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振串扰的包络谱函数，并基于对光学双折射包络谱函数，获得双折射媒介的双折射色散参数，利用双折射色散参数求得色散补偿函数，应用色散补偿函数进行运算处理，减小光学双折射媒介中双折射色散导致的包络谱函数中包络展宽。

以上所阐述方法和设备的运行包括，首先对沿双折射媒介光路上两个或多个串扰点位置处包络谱函数的谱宽进行测量，提取出双折射媒介中的双折射色散参数；然后，通过使用所获取的双折射色散参数生成一个用于校正双折射媒介中双折射色散引起的谱宽展宽的色散补偿函数。在这点上，此方法可以进一步包括运用采用色散补偿函数，通过将色散补偿函数与包络谱函数直接进行相乘，产生一个修正后的包络谱函数，此时的包络谱函数谱宽为已补偿了双折射色散引起展宽后的谱宽的包络谱函数。双折射媒介的一个典型实例就是保偏光纤。

本发明利用保偏光纤的干涉仪测量给出了采用所述的方法及设备能有效的抑制保偏光纤中双折射色散引起的包络谱展宽的现象。通过在所述的方法及设备中，使用宽带光源，通过对沿保偏光纤长度上应力产生的偏振串扰点进行分析，可以获得应力空间分辨率。

基于保偏光纤上偏振串扰测量技术可以有多种用途，包括分布式应力传感，光纤陀螺环检测，保偏光纤双折射和拍长的测量，保偏光纤干涉系统中偏振串扰位置的检测和保偏光纤质量检测。扫描式迈克尔逊白光干涉仪可用于分布式偏振串扰的测量。由于光纤中存在的双折射色散影响，随着待测光纤长度的增加，待测串扰点包络谱出现展宽，最终导致串扰点空间分辨率下降和串扰点测量精度衰减。

本发明的方法及设备可用于消除保偏光纤中双折射色散的影响，提高分布式偏振串扰的测量分辨率和测量精度。在本发明方法实际测量过程中，通过将待测串扰点数据与一个色散补偿函数进行简单的相乘，即可消除双折射色散引起的待测偏振串扰点峰值包络展宽的问题。通过获取光纤上已知位置处的串扰点包络宽度，求取色散方程中的双折射参数。对于保偏光纤特别是长距离下偏振串扰的测量情况，该技术可有效的改进串扰测量的空间分辨率和幅值精度。

以上方案以及其他更多方案以及实施领域会在下文的叙述、附图以及权利要求中详细阐述。

附  图说明

图1为一使用空间光干涉仪测量双折射媒介（例如一保偏光纤）中偏振串扰的典型装置，其中图1A是装置示意图；图B1例举的是相对于保偏光纤中光轴与起偏器的方向；图1C例举的是保偏光纤中多个位置处受压的情况，包括保偏光纤两垂直偏振模之间串扰的情况。

图2为一个用于测量双折射媒介中偏振串扰情况的装置示意图，该装置通过提供在干涉仪和被测保偏光纤之间的一个光延迟装置来实现串扰的测量，该插图更进一步的例举了该装置的运行过程。

图3为利用双折射色散函数实现双折射媒介中偏振串扰测量的具体装置图。

图4为本发明的获取双折射色散参数的流程图，该方程基于对双折射媒介中两点或多点位置处偏振串扰峰值的包络谱函数谱宽进行测量而获得的。

图5为本发明的一个基于应用双折射色散补偿函数来测量双折射媒介（如保偏光纤）中的偏振串扰的流程图。

图6给出了一保偏光纤环的偏振串扰曲线图，其中插图不仅给出了偏振色散补偿前（实线）和补偿后（虚线）输入和输出连接位置处串扰点包络的振幅和宽度，而且还给出了中间位置处串扰点包络的幅值和宽度。

图7A给出了使用图3中所示的系统对保偏光纤中不同位置处应力点产生的串扰峰值点包络宽度进行测量的情况结果图；图7B则给出在六个不同保偏光纤长度下输入连接处偏振串扰典型测量值情况。

具体实施方式

本发明的用于测量双折射媒介中偏振串扰的方法及设备结合实施例及附图详细说明如下：

本发明提出的一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将宽带光源输出的线性偏振光耦合入一具有保持传输光两正交偏振模的功能的光学双折射媒介中，并在该光学双折射媒介中产生一光信号；

2）将该光信号接入一干涉仪，获取两正交偏振模间光干涉信号；

3）对所获取的光干涉信号进行处理，获得含有双折射色散影响的光学双折射媒介中两正交偏振模间偏振串扰点的包络谱函数；

4）基于对步骤3）获得的包络谱函数测量，得出光学媒介中的双折射色散参数，基于双折射色散参数求得包络宽度展宽补偿函数，利用包络宽度展宽补偿函数对含有双折射色散影响的包络谱函数的展宽进行修正，得到修正后的包络谱函数，通过该修正后的包络谱函数获得光学双折射媒介中偏振串扰。

所述步骤4）中所述基于双折射色散参数求得包络宽度展宽补偿函数具体包括：

对光学双折射媒介中沿光路上两个或多个不同位置处包络谱函数包络宽度进行测量，提取光学双折射媒介的双折射色散参数；并用所获取的双折射色散参数，生成包络宽度展宽补偿函数，用于修正光学双折射媒介中由于双折射色散而导致的包络谱函数展宽的现象。

所述步骤4）得到修正后的包络谱函数具体方法为：通过将含有双折射色散影响的包络谱函数与包络宽度展宽补偿函数进行相乘得到修正后的包络谱函数。此外，本发明提出一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：

一个耦合装置，用于将宽带光源发射的线偏振光耦合到可保持两个正交偏振模的光学双折射媒介中，并从光学双折射媒介产生输出光信号；

一个光学干涉仪，用于接收由双折射媒介的输出光信号，并处理该信号获得双折射媒介中两正交偏振模的光干涉信号；

一个处理设备，用于对所获得的光干涉信号进行处理，获得光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振串扰点的包络谱函数，并基于对光学双折射包络谱的测量，获得光学双折射媒介中的双折射色散参数，利用求取的双折射色散参数得到包络宽度展宽补偿函数，应用包络宽度展宽补偿函数与包络谱函数进行相乘，减小光学双折射媒介中双折射色散导致的包络谱函数中包络展宽现象。

本发明还提出另一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：

一宽带光源模块，用于产生一宽谱线偏振光，该偏振光输入至一光学双折射媒介，该光学双折射媒介由于其自身所具有的光学双折射特性使得其具有保持正交偏振模的能力，并由光学双折射媒介产生一光信号；

一光学干涉仪，用于接收由光学双折射媒介中输出的光信号，并生成两正交偏振模之间光的干涉信号；

一光学探测器，用于接收由光学干涉仪输出的携带有干涉信息的光信号，并产生一探测器输出电信号；

一处理器，用于处理由探测器输出的电信号，通过运算处理输出一控制信号，直接反馈至光学干涉仪控制干涉仪两臂中的相对延迟，获取光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振耦合点的包络谱函数，并对包络谱函数运用包络宽度展宽补偿函数，减小光学双折射媒介中由于光学双折射色散而导致的包络谱函数的包络展宽。本发明利用保偏光纤的干涉仪测量给出了采用所述的方法及设备能有效的抑制保偏光纤中双折射色散引起的包络谱展宽的现象。通过在所述的方法及设备中，使用宽带光源，通过对沿保偏光纤长度上应力产生的偏振串扰点进行分析，可以获得应力空间分辨率。

基于保偏光纤上偏振串扰测量技术可以有多种用途，包括分布式应力传感，光纤陀螺环检测，保偏光纤双折射和拍长的测量，保偏光纤干涉系统中偏振串扰位置的检测和保偏光纤质量检测。扫描式迈克尔逊白光干涉仪可用于分布式偏振串扰的测量。由于光纤中存在的双折射色散影响，随着待测光纤长度的增加，待测串扰点包络谱出现展宽，最终导致串扰点空间分辨率下降和串扰点测量精度衰减。

本发明的方法及设备可用于消除保偏光纤中双折射色散的影响，提高分布式偏振串扰的测量分辨率和测量精度。在本发明方法实际测量过程中，通过将待测串扰点数据与一个色散补偿函数进行简单的相乘，即可消除双折射色散引起的待测偏振串扰点峰值包络展宽的问题。通过获取光纤上已知位置处的串扰点包络宽度，求取色散方程中的双折射参数。对于保偏光纤特别是长距离下偏振串扰的测量情况，该技术可有效的改进串扰测量的空间分辨率和幅值精度。

下面将给出保偏光纤中用于提高偏振串扰测量空间分辨率和测量精度，所采用的双折射色散参数补偿的详细过程。其中包括通过色散补偿函数的例子，给出用数值方法进行补偿方法测量偏振串扰中双折射色散，并给出了一典型的基于分布式偏振串扰分析仪结构的白光干涉仪结构，以及采用此结构设备实现对保偏光纤的初始偏振串扰值进行测量，并对沿光纤长度上不同串扰点的谱宽进行测量，从而获得双折射色散补偿函数中所需的双折射色散值△D。还给出了将初始测得的串扰数据与色散补偿函数进行数值相乘消除色散导致的包络展宽的方法。通过对长度为1.05km的保偏光纤进行测量的实验结果显示，该方法可以有效的提高串扰点空间分辨率和测量精度，并且能融入分析软件直接进行色散补偿处理。以上所描述的技术可以有不同的应用，例如可实现对长度大于两百米的保偏光纤环中偏振串扰的精确测量和可用于其他的测量及传感应用中串扰点测量中。

图3给出了一测量保偏光纤环的装置的例子。此装置为一分布式偏振串扰分析仪。保偏光纤环110可视为一光学双折射媒介；利用此装置测量保偏光纤环的偏振串扰的方法，首先是将一宽带偏振光（301）耦合进入保偏光纤环110的偏振主轴之一，其中所采用的宽带偏振光301可以有多种结构实现，如可采用宽带光与起偏器相结合。在图3给出的例子中，采用一短相干长度的偏振超辐射发光二级管（SLED）作为偏振宽带光源。偏振输出光101通过在A点处与保偏光纤环相连的连接器直接对准保偏光纤的慢轴输入，在保偏光纤环中产生一个光信号从保偏光纤环的另一端输出连接器输出，然后经由一起偏器120，该起偏器的偏振方向与保偏光纤的两偏振主轴之间呈一角度，如45度。根据图1B所示，由保偏光纤环110输出的光仅有部分通过起偏器，并两正交偏振投影到一个轴上。

保偏光纤环110作为一光学双折射媒介，可保持沿保偏光纤快慢轴主轴方向两正交偏振模，设传输光的输入偏振态与A点处两偏振主轴之一（如慢轴）对准，利用此装置测量光纤环偏振串扰的第二步就是将保偏光纤环的光信号输出直接接入230干涉仪中，获取两正交偏振模之间的干涉信号。

干涉仪230产生一光干涉信号312。通过使用光电探测器150将输入至探测器上的光信号直接转变为携带有光干涉信息的电信号。并采用一数据采集设备或者采集卡330将探测器电信号转变为数字信号，利用此装置测量光纤环偏振串扰的第三步就是通过处理设备340——例如微处理器或计算机，对数字信号数据进行接收并对所获得的干涉信号进行处理，获得光纤环中两正交偏振模之间偏振串扰包络谱函数，但是这时候获得的包络谱函数是含有双折射色散影响的。

利用此装置测量光纤环偏振串扰的第四步是对光纤环110中包络谱函数进行测量，基于测量结果，通过处理设备编程运算，得出保偏光纤环中的双折射色散参数，再使用双折射色散参数求得包络宽度展宽的补偿函数，运用这个补偿函数再求得消除了双折射色散造成的包络谱展宽的包络谱函数（本实施例采用的是色散补偿函数与包络谱函数直接相乘），可消除光纤环110中由于双折射色散而导致的串扰点包络谱函数展宽的现象，从而实现保偏光纤环中的偏振串扰的精确测量。

如图3中给出的本实施例采用的干涉仪230为一全光纤结构的干涉仪，其中包括一有4个端口的光纤耦合器310，端口1作为干涉仪的输入端口用于接收由起偏器120发出的光；端口2作为干涉仪的输出端口用于输出干涉仪的输出信号312；端口3用于连接干涉仪230中的第一光路，端口4用于连接干涉仪的第二光路。耦合器310将来自端口1的输入光分成两束，第一束光直接连接3端口进入干涉仪第一光路，而第二束光直接连接4端口进入干涉仪第二光路。干涉仪中第一光路中其末端连接一法拉第旋转镜321，该旋转镜可对输入光偏振态进行45度旋转，这样对射光的偏振态就进行了90度旋转。同理，对于干涉仪中第二光路的末端也连接另一法拉第旋转镜322，其作用也是对其中反射光偏振态进行90度旋转。由干涉仪两路光路输出的反射光将在耦合器310处重合，由于两光路中存在一光程差导致两反射光重合后发生干涉。以上为迈克尔逊干涉仪的工作原理。如图3中所示，通过一可变延迟结构对干涉仪两路中的光程差进行控制，例如在第一光路中放置一由处理器输出的延迟控制信号342控制的可变延迟单元323用于调节相对延迟量。在工作过程中，通过可变延迟单元323进行扫描，使得干涉仪230作为一扫描式迈克尔逊干涉仪进行工作。

为了防止光路中各个器件的界面有反射光的干扰，在图3中的A点和C点分别设置了光隔离器。

考虑图3给出的例子中，假设在光纤环110中B点处由于外界扰动而产生一偏振串扰，则一部分光能量将由在A点处初始偏振态沿光纤环110慢轴方向转移到快轴上，其耦合强度大小可由两偏振态间的光强或能量比来表示，为h＝I₁/I₂，其中I₁，I₂分别为保偏光纤110中快轴和慢轴上的光能量。由于快轴上传输光的传输速度要比慢轴上传输光快，因此在光纤110输出位置C上，快轴上的光要比慢轴上光提前△nZ光程，其中△n为保偏光纤环110的双折射率，Z为串扰点B到光纤末端C处的光纤长度。在光纤输出端口后放置一传输方向与保偏光纤慢轴呈45度的起偏器，实现将正交偏振光投影到同一方向上，使得迈克尔逊干涉仪230两光路中光发生干涉。当通过延迟单元对两光路相对光程进行补偿时，两偏振成分相重叠而发生干涉，而当两光路相对光程差大于光源301的相干长度时，干涉条纹消失。串扰点B处的位置可以由关系式Z＝△Z/△n计算得出，串扰点的幅值h可由干涉信号的幅值直接得出。图3给出保偏光纤环110中3个位置A、B、C处的一组信号，显示沿快慢轴中的偏振成分。

所测量的串扰点峰值（干涉峰值）的包络线会受光源301谱分布和保偏光纤110中双折射色散的影响。假设SLED301的光谱为高斯光谱，则其串扰点的包络（相干度）是双折射色散△D和待测串扰点位置的函数，如下：

$\left|\mathrm{\γ}(Z,\mathrm{\ΔD})\right|$

$=\frac{\sqrt{h-h^2}}{{(1+{\mathrm{\ρ}}^2)}^{1/4}}\exp \{-{\left[\frac{2\mathrm{\δd}}{{(1+{\mathrm{\ρ}}^2)}^{1/2}{W}_0}\right]}^2\}---\left(10\right)$

其中

δd＝(△nZ-d)            (11)

ρ＝2πc(△λ/λ₀)²△DZ＝α△DZ           (12)

△D＝dτ/dλ＝-[ω²/2πc](d²△β/dω²)₀   (13)

其中，d为扫描干涉仪两路光程差，ρ为沿光纤上的累积双折射色散，c为真空中光速，△λ和λ₀为光源的谱宽和中心波长，△β为两偏振本征模的传输常数差，W₀为不存在色散ρ时干涉包络1/e处的包络宽度，此宽度也是光源的相干长度。根据公式(11)，通过改变干涉仪中延迟线的光程差d可实现对参数δd进行调节，当延迟线光程差d对两偏振模间光程差△nZ进行补偿时，出现干涉信号。由公式(11)到公式(13)可以看出，所测量的串扰点包络的幅值和包络宽度均是△D和Z的函数。双折射色散△D对串扰点测量结果的影响结果体现为随着待测点Z的增大，串扰点包络幅值的衰减和包络宽度的展宽。

由以上推演可以看出，通过将串扰点测量数据与色散补偿函数K(ρ)直接进行相乘，可消除双折射色散的影响：

$K\left(\mathrm{\ρ}\right)=\sqrt[4]{1+{\mathrm{\ρ}}^2}\exp \{-{\left[\frac{2\mathrm{\δd\ρ}}{{(1+{\mathrm{\ρ}}^2)}^{1/2}{W}_0}\right]}^2\}---\left(14\right)$

因此，通过将(14)与(10)进行简单的相乘，所得结果(15)可完全恢复原始串扰点，即消除了双折射色散影响的包络：

$\mathrm{\γ}(Z,\mathrm{\ΔD})\·K\left(\mathrm{\ρ}\right)=\sqrt{h-h^2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\δd}}{W_0}\right)}^2]---\left(15\right)$

为了得出消除双折射色散影响的包络宽度展宽补偿函数，需要首先获取双折射色散参数，由式(10)可以获得包络宽度与双折射色散之间的关系为：

W/W_o＝(1+ρ²)^1/2＝(1+(α△D)²Z²)^1/2            (16)

因此，双折射色散参数△D可以通过测量保偏光纤输入端(Z＝L)与输出端(Z＝0)上串扰点的包络宽度，就可以直接求得。在实际应用中，为了提高对双折射色散参数△D的测量精度，可以对沿保偏光纤上多点位置处的串扰点包络宽度进行测量，根据公式(16)通过曲线拟合可对△D进行求取。

图4和图5给出了运用图3中所示设备进行偏振串扰精确测量方法的流程图。其中图4给出了基于对双折射媒介中两点或多点处偏振串扰峰值的包络宽度进行测量，获取双折射色散补偿函数的流程。包括以下步骤：

410）宽谱光源发出的一线偏振光沿光学双折射媒介中两正交偏振模方向之一耦合进入光学双折射媒介，经过光学双折射媒介产生一光信号输出；

420）通过使用干涉仪对光信号进行处理以获取光学双折射媒介中两正交偏振模的干涉信号；

430）通过对干涉仪输出的干涉信号进行处理，获得双折射媒介中由于两正交偏振模耦合而产生的偏振串扰点的包络谱函数；

440）对双折射媒介中两个或多个位置处（如图3中输入端A和输出端B处）的偏振串扰峰值的包络谱函数的包络宽度进行测量；

450）通过测量两个或者多个位置的串扰包络宽度，获得光学双折射媒介的双折射色散参数；

460）使用获得的双折射媒介中的双折射色散参数，生成用来修正由于双折射色散引起的光谱展宽的补偿函数。

基于图4中所获取的双折射色散补偿函数，图5给出了应用双折射色散补偿函数，测量光学双折射媒介如保偏光纤中偏振串扰的流程，包括以下步骤：

510）将由宽谱光源输出的线偏振光耦合入一个光学双折射媒介中，使其产生一个光信号输出；

520）将光输出信号输入到一个起偏器，其中起偏器的偏振方向与光入社方向呈一角度（例如45度），满足使经过起偏器的光传输信号中两正交模发生混合；530）将起偏器输出的光直接入射进入一个光干涉仪，通过干涉仪获得由光折射媒介中输出光的两正交偏振模之间的干涉信号；

540）通过对所获取的光干涉信号进行处理，获取由双折射媒介中两正交偏振模之间耦合而产生的偏振串扰峰值信号的包络谱函数；

550）基于对光学双折射媒介中包络谱函数的测量，应用补偿函数去减少由双折射媒介中双折射色散而引起的包络展宽现象；

图6为采用图3中的仪器测量，得到的一组光纤环的偏振串扰曲线，图中给出了双折射色散对所测量偏振串扰峰值的影响和色散补偿函数如何消除该影响，其中，最左上边图和最右上边图的峰值点分别为输出连接器A和输入连接器C处光纤芯微小的对准误差而造成的。在A和C两者间的小的串扰点为光纤环绕制过程中由于绕制张力而引入的串扰点。最右上边图中的实线给出了输入连接A处双折射色散造成的影响，包括包络展宽和串扰点幅值的衰减。虚线给出了色散补偿后串扰点包络宽度和幅值受色散影响得到补偿的情况。特别是，在色散补偿后输入连接器处包络点宽度为34.1μm，其与输出端连接器C处无色散影响时包络宽度为32.4μm相接近。

图7A给出了采用图3中所示结构测量的串扰点包络宽度值的实验结果，可以看出包络宽度为串扰点长度Z的函数。通过对待测光纤不同位置处的串扰点进行测量，测量结果中可以很明显的看出，由于双折射色散的影响，包络宽度随着串扰点位置Z的增加而快速增长，这与公式（16）中给出的理论结果相吻合。根据所使用的保偏光纤的测量结果可以看出，当待测串扰点的距离超过两百米时，由双折射色散导致的包络展宽开始恶化串扰点的空间分辨率。

由公式（16）通过对包络数据进行最小二乘拟合可精确的求得保偏光纤双折射色散为0.0014ps/(km.nm)。并将α△D拟合值代入公式（14）中，可以求得双折射色散方程。通过将色散方程与串扰数据的初始测量值进行相乘可得到修正后的串扰值数据，该串扰值数据消除了双折射色散△D的影响。

图7A给出沿保偏光纤不同位置上应力导致串扰点包络宽度的实例。图中方形符号代表消除包络展宽后的包络宽度数据，圈型符号则代表未消除包络展宽时的包络宽度数据。图7B则给出了相应于6个不同保偏光纤长度下(5m,205m,405m,605m,805m and1005m)输入连接处实测的串扰值数据。通过固定输入连接器不动，分别将5段长度为200m的保偏光纤依次的融入待测保偏光纤的另一端末端，用于增加待测点处的色散值。由于双折射色散影响，随着待测光纤长度Z的增加，串扰点的测量幅值衰减，而在对色散进行补偿后，串扰点的测量幅值得到了恢复。

因此，双折射色散补偿技术可有效的减小串扰点测量幅值的衰减和线性展宽。所以，在基于干涉仪结构的偏振串扰分析系统中使用一宽带光源（如白光），并使用上述所述的色散补偿技术对数据进行处理，可有效的提高串扰点的空间分辨率和串扰点幅值的测量精度。

上述对本发明的具体描述只用以举例。所述的具体内容并不用以限制本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于测量光学双折射媒介中偏振串扰的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将宽带光源输出的线性偏振光耦合入一具有保持传输光两正交偏振模的功能的光学双折射媒介中，并在该光学双折射媒介中产生一光信号；

2）将该光信号接入一干涉仪，获取两正交偏振模间光干涉信号；

3）对所获取的光干涉信号进行处理，获得光学双折射媒介中含有双折射色散影响的两正交偏振模间偏振串扰点的包络谱函数；

4）基于对步骤3）获得的含有双折射色散影响的包络谱函数测量，得出光学媒介中的双折射色散参数，基于该双折射色散参数求得包络宽度展宽补偿函数，利用该包络宽度展宽补偿函数对该含有双折射色散影响的包络谱函数的展宽进行修正，得到消除了双折射色散影响的包络谱函数，通过该修正后的包络谱函数获得光学双折射媒介中偏振串扰。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中所述基于双折射色散参数求得包络宽度展宽补偿函数具体包括：

对光学双折射媒介中沿光路上两个或多个不同位置处包络谱函数包络宽度进行测量，提取光学双折射媒介的双折射色散参数；并用所获取的双折射色散参数，生成包络宽度展宽补偿函数。

3.如权利要求2中所述的方法，其特征在于，所述步骤4）得到修正后的包络谱函数具体方法为：

通过将含有双折射色散影响的包络谱函数与包络宽度展宽补偿函数进行相乘得到修正后的包络谱函数。

4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述干涉仪是使用一基于光纤结构的干涉设备，或使用一全光纤结构的干涉仪。

5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述干涉仪为一迈克尔逊干涉仪。

6.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述光双折射媒介为保偏光纤。

7.一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：

一个耦合装置，用于将宽带光源发射的线偏振光耦合到可保持两个正交偏振模的光学双折射媒介中，并从光学双折射媒介产生输出光信号；

一个光学干涉仪，用于接收由双折射媒介的输出光信号，并处理该信号获得双折射媒介中两正交偏振模的光干涉信号；

一个处理设备，用于对所获得的光干涉信号进行处理，获得光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振串扰点的包络谱函数，并基于对光学双折射包络谱的测量，获得光学双折射媒介中的双折射色散参数，利用求取的双折射色散参数得到包络宽度展宽补偿函数，应用包络宽度展宽补偿函数与包络谱函数进行相乘，减小光学双折射媒介中双折射色散导致的包络谱函数中包络展宽现象。

8.如权利要求7中所述的设备，其特征在于，进一步包括一数据处理模块，用于运算出光学双折射媒介中沿光路上两点或多点不同位置处包络谱函数的包络宽度，并根据包络谱函数的包络宽度获得光学双折射媒介中的双折射色散参数。

9.如权利要求8中所述的设备，其特征在于，所述数据处理模块还包括将包络谱函数与包络宽度展宽补偿函数相乘，产生一校正后的包络谱函数，该校正后的包络谱函数的谱宽消除了由双折射色散而导致的包络谱展宽现象。

10.如权利要求7中所述的设备，其特征在于，所述光学干涉仪为一全光纤结构的干涉仪。

11.如权利要求7中所述的设备，其特征在于，所述光学干涉仪为一迈克尔逊干涉仪。

12.如权利要求7中所述的设备，其特征在于，还包括：一个起偏器，置于光学干涉仪之前，用于对通过的光进行某一方向起偏，以保证由光学双折射媒介输出的光信号中两正交的偏振态产生混合，使得由起偏器输出的光信号直接入射至干涉仪中。

13.如权利要求7中所述的设备，其特征在于，所述干涉仪包括：一光纤耦合器，用于接收由起偏器输出的光信号，并将该光信号分成第一和第二光束；耦合器中的第一路光纤用于接收第一光束；在第一路光纤末端连接第一法拉第旋转镜，用于将第一路光纤中输出的光信号反射按原路返回；耦合器的第二路光纤用于接收第二光束；在第二路光纤末端连接第二法拉第旋转镜，用于将第二路光纤中输出的光信号反射，并按原路返回；所述光纤耦合器接收由第一路光纤和第二路光纤回来的反射光，使其发生干涉；

在第二路光纤中耦合一个可变的光延迟装置，用于将该光路中的光进行可调节延迟；

一光电探测器用于检测由光纤耦合器输出的携带有光干涉信息的光信号，并且将光干涉信号转变为电信号，输送到处理设备进行处理。

14.一种用于测量双折射光学媒介中偏振串扰的设备，其特征在于，该设备包括：

一宽带光源模块，用于产生一宽谱线偏振光，该偏振光输入至一光学双折射媒介，该光学双折射媒介由于其自身所具有的光学双折射特性使得其具有使通过的光保持正交偏振模的能力，并由光学双折射媒介产生一光信号；

一光学干涉仪，用于接收由光学双折射媒介中输出的光信号，并生成两正交偏振模之间光的干涉信号；

一光学探测器，用于接收由光学干涉仪输出的携带有干涉信息的光信号，并产生一探测器输出电信号；

一处理器，用于处理由探测器输出的电信号，通过运算处理输出一控制信号，直接反馈至光学干涉仪控制干涉仪两臂中的相对延迟，获取光学双折射媒介中两正交偏振模之间偏振耦合点的包络谱函数，并对包络谱函数运用包络宽度展宽补偿函数，减小光学双折射媒介中由于光学双折射色散而导致的包络谱函数的包络展宽。

15.如权利要求14中所述的设备，其特征在于，所述处理器进一步包括通过运用包络宽度展宽补偿函数对包络谱函数运算，实现将包络谱函数乘以包络宽度展宽补偿函数，从而产生一修正后、包络宽度已消除了由双折射色散导致的包络展宽的包络谱函数。

Images