CN102928198A - 一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置。包括宽谱光源（501）、起偏器（511）、待测偏振器件（522）、光程相关器（530）、差分探测装置（550）、光电信号转换与信号记录装置（560），宽谱光源（501）通过起偏器（511）、第1旋转连接器（521）与待测光纤器件（522）连接，再通过第2旋转连接器（523）与偏振分束Michelson结构光程相关器（530）连接；光程相关器（530）通过第3旋转连接器（541）连接偏振差分探测装置（550）后，与干涉信号检测与处理装置（560）再连接。本发明具有体积小、测量精度高、温度和振动稳定性好等优点，广泛用于光学器件偏振性能的高精度测量与分析。

Description

一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置

技术领域

本发明涉及的是一种光纤测量装置，具体涉及到一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试系统。

背景技术

光学相干域偏振测量技术（OCDP）是一种高精度分布式偏振耦合测量技术，它基于宽谱光干涉原理，通过扫描式光学干涉仪进行光程补偿，实现不同偏振模式间的干涉，可对偏振串扰的空间位置、偏振耦合信号强度进行高精度的测量与分析，进而获得光学偏振器件的消光比、拍长等重要参数。OCDP技术作为一种非常有前途的分布式光学偏振性能的检测方法，被广泛用于保偏光纤制造、保偏光纤精确对轴、器件消光比测试等领域。与其他如：偏振时域反射技术（POTDR）、光频域反射技术（OFDR）、光相干域反射技术（OCDR）等分布式检测方法与技术相比，OCDP技术具有结构简单、高空间分辨率（5~10cm）、大测量范围（测量长度几公里）、超高测量灵敏度（耦合能量-80~-100dB）、超大动态范围（108~1010）等优点，非常有希望发展成为一种高精度、通用测试技术和系统。由于它最为直接和真实地描述了信号光在光纤光路中的传输行为，所以特别适合于对光纤器件、组件，以及光纤陀螺等高精度、超高精度干涉型光纤传感光路进行测试和评估。

20世纪90年代初，法国Herve Lefevre等人[Method for the detection of polarizationcouplings in a birefringent optical system and application of this method to the assembling of thecomponents of an optical system,US Patent 4893931]首次公开了基于白光干涉原理的OCDP系统，它采用超辐射发光二极管（SLD）作为光源和空间干涉光路作为光程相关测量结构。法国Photonetics公司根据此专利研制了WIN-P 125和WIN-P 400两种型号OCDP测试系统，主要用于较短（500m）和较长（1600m）保偏光纤的偏振特性分析。其主要性能为偏振串扰灵敏度为-70dB、动态范围为70dB，后经过改进，灵敏度和动态范围分别提升到-80dB和80dB。

2011年，天津大学张红霞等人公开了一种光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置（中国专利申请号：201110052231.3），同样采用空间干涉光路作为OCDP的核心装置，通过检测耦合点的耦合强度，推导出偏振消光比。该装置适用于保偏光纤、保偏光纤耦合器、偏振器等多种光学偏振器件。与Herve Lefevre等人的方案相比，技术性能和指标相近。

同年，美国通用光电公司（General Photonics Corporation）的姚晓天等人公开了一种用于保偏光纤和光学双折射材料中分布式偏振串扰测量的全光纤测量系统（US20110277552，Measuring Distributed Polarization Crosstalk in Polarization Maintaining Fiber and OpticalBirefringent Material），利用在光程相关器之前增加光程延迟器，抑制偏振串扰测量时杂散白光干涉信号的数量和幅度。该方法可以将全光纤测量系统的偏振串扰灵敏度提高到-95dB，但动态范围保持在75dB。

进一步提高偏振串扰的测试性能，包括测量灵敏度、动态范围和器件测量长度等。特别是如何在提高测量灵敏度的同时，保持动态范围也相应提高，成为研究的热点。保持测量灵敏度和动态范围数值上的一致性，这样就可以消除光源强度浮动对测量的影响，提高测量的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制光学噪声幅度，提高偏振串扰测量的灵敏度和动态范围，减小测试系统的体积，提高系统的温度稳定性和抗振性能，降低环境使用要求的光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置包括宽谱光源、起偏器、待测偏振器件、光程相关器、差分探测装置、光电信号转换与信号记录装置，

（1）宽谱光源通过起偏器、第1旋转连接器与待测光纤器件连接，再通过第2旋转连接器与偏振分束Michelson结构光程相关器连接；光程相关器通过第3旋转连接器连接偏振差分探测装置后，与干涉信号检测与处理装置再连接。

（2）光程相关器由2×2偏振分束器、保偏光纤、法拉第旋转反射镜、法拉第旋转器、自聚焦准直透镜组成，以及可移动光学反射镜；偏振分束器的第1输出端连接法拉第旋转反射镜，组成固定长度光程参考臂；偏振分束器的第2输出端通过法拉第旋转器连接准直透镜和可移动光学反射镜，组成长度可变光程扫描臂（l₂）。

（3）线偏振光信号注入到2×2偏振分束器的第1输入尾纤的偏振特征轴——慢轴（y轴）中，信号光仅从第1输出尾纤的慢轴中输出；注入到第1输入尾纤的快轴（x轴）中，仅从第2输出尾纤的快轴中输出；线偏振光注入到偏振分束器的第2输入尾纤的慢轴（y轴）中，仅从第2输出尾纤的慢轴中输出；注入到第2输入尾纤的快轴（x轴）中，仅从第1输出尾纤的快轴中输出；第1输入端与第1输出端、第2输入端与第2输出端的具有光路输入/输出的对称性。

（4）偏振差分探测装置由1×2偏振分束器、第1、第2光电探测器组成；线偏振光信号注入到1×2偏振分束器的第1输入尾纤的慢轴（y轴）中，信号光仅从第1输出尾纤的慢轴中输出；注入到第1输入尾纤的快轴（x轴）中，仅从第2输出尾纤的快轴中输出。

（5）旋转第1旋转连接器，使起偏器的输出尾纤与待测光纤器件的输入尾纤偏振特征轴完成0°~0°对准；旋转第3旋转连接器，使光程相关器的输出尾纤与偏振差分探测装置的输入尾纤的偏振特征轴实现0°~45°对准角；旋转第2旋转连接器，使待测偏振器件的输出尾纤与光程相关器输入尾纤的偏振特征轴分别实现0°~0°以及0°~45°对准。

所述的光程相关器的可移动光学反射镜处于运动起点位置时，光程相关器的光程相关参考臂的绝对光程略大于光程相关扫描臂；可移动光学反射镜连续移动的范围大于待测光纤器件耦合光与传输光之间的最大光程差异；

所述的起偏器，第1、第2旋转连接器，待测光纤器件，光程相关器，差分探测装置，第1、第2探测器，其特征是：波长工作范围能够覆盖宽谱光源的发射光谱；起偏器的输出尾纤，光程相关器，差分探测装置均工作在单模、偏振保持状态。

本发明是对基于白光干涉原理的光学相干域偏振测试系统（OCDP）的一种技术改进。全光纤ODCP的工作原理如图1所示，以保偏光纤的性能测试为例，由宽谱光源发出的高稳定宽谱偏振光101注入到一定长度的保偏光纤121的慢轴（快轴时，原理相同）。由于制作时几何结构存在缺陷、预先施加应力的非理想作用，或者在外界温度和载荷的作用下，使光纤中存在某缺陷点111。信号光沿慢轴传输时，当信号光传输到缺陷点111时，慢轴中的一部分光能量就会耦合到正交的快轴中，形成耦合光束103，剩余的传输光束102依旧沿着慢轴传输。光纤存在线性双折射Δn（例如：5×10^-4），使慢轴的折射率大于快轴折射率，当光纤的另外一端输出时（传输距离为l)，则传输在慢轴的传输光102和传输在快轴的耦合光103之间将存在一个光程差Δnl。上述光束通过焊接点或者旋转连接头112，将传输光和耦合光偏振态旋转45°后，进入光程相关器130中。在光程相关器130中，2×2均分光纤耦合器132、法拉第旋镜反射镜134、法拉第旋光器136、自聚焦准直透镜137、可移动反射镜138组成一个全光纤Michelson干涉仪。光束102和103经过检偏器131偏振极化后，由2×2光纤耦合器132均匀地分成两部分，一半传输在由单模光纤133和法拉第旋镜反射镜134组成的固定参考臂中，另外一半传输在由单模光纤135、法拉第旋镜器136、自聚焦准直透镜137和可移动反射镜138组成的移动扫描臂中。如图1和图2所示，由传输光201和耦合光202组成参考光束，传输在干涉仪的固定参考臂中，经过法拉第旋镜134的反射后，偏振态翻转90°又回到耦合器132；由传输光203和耦合光204组成扫描光束，经过移动反射镜138的反射后，由于法拉第旋光器136的作用扫描光束的偏振态也翻转90°，回到耦合器132，两部分光汇聚在探测器139上形成白光干涉信号，被其接收并将光信号转换为电信号。此信号经过信号解调电路141处理后，送入测量计算机142中；测量计算机142另外还要负责控制移动反射镜138实现光程扫描。法拉第旋镜134和法拉第旋光器136的作用是消除单模光纤133和135的线性双折射对解调的影响。

如图2所示，在测量计算机142的控制下，Michelson干涉仪的移动反射镜138使干涉仪两臂的光程差从Δnl经过零，扫描至-Δnl：

（1）当光程差等于Δnl时，扫描光束中耦合光204与参考光束中的传输光201光程发生匹配，则产生白光干涉信号，其峰值幅度为

它与缺陷点的耦合幅度因子和光源强度成正比；

（2）当光程差为零时，参考光束201、202分别与扫描光束中的传输光205、耦合光206光程发生匹配，分别产生白光干涉信号，其峰值幅度为二者的强度叠加，其幅度为I_main∝I₀，它与光源输入功率成正比。如图可知，与前一个白光干涉信号相比，两个白光干涉信号峰值之间的光程差刚好为Δnl。如果已知光学器件的线性双折射Δn，则可以计算得到缺陷点发生的位置l，而通过干涉信号峰值强度的比值可以计算得到缺陷点的功率耦合大小ρ；

（3）当光程差等于-Δnl时，扫描光束中传输光207与参考光束中的耦合光202光程发生匹配，则产生白光干涉信号，其峰值幅度为

它与光程差为Δnl时相同。如图可知，与光程差为Δnl时相比，此白光干涉信号与之在光程上对称，幅度上相同。

偏振串扰ρ可以根据光程差为Δnl或者-Δnl获得的偏振串扰信号幅度I_coupling，以及光程差为零时获得传输光信号幅度I_main计算得到：

$\frac{I_{\mathrm{coupling}}}{I_{\mathrm{main}}}=\sqrt{\mathrm{\ρ}(1-\mathrm{\ρ})}---\left(1\right)$

由于一般偏振串扰远小于1，因此（1）式变化为：

$\frac{I_{\mathrm{coupling}}}{I_{\mathrm{main}}}=\sqrt{\mathrm{\ρ}}---\left(2\right)$

噪声本底直接决定系统的测量灵敏度和动态范围。前期研究结果表明，噪声本底主要包含光源散粒噪声

干涉拍噪声

（干涉拍噪声为干涉光强交流项产生的噪声，采用差分平衡探测方案后，它由过剩噪声转换而来）、电路热噪声

等，并且噪声大小依次为：干涉拍噪声、光源散粒噪声、检测电路噪声。测试系统噪声电流可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sh}}^2=4e{P}_{\mathrm{dc}}B\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{be}}^2=\frac{2(1+V^2)P_r{P}_{x}B}{\mathrm{\Δv}}\\ {\mathrm{\σ}}_c^2=\frac{4\mathrm{KTB}}{R_L}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：e为电子电量，散粒噪声

与直流光强P_dc、检测带宽B成正比，可以通过提高光源功率提高信噪比；在平衡探测方式时，拍噪声与产生干涉的两路信号的强度的乘积成正比，其中P_r代表扫描干涉臂的光信号强度，P_x代表另外一臂的光信号强度，V为光源的偏振度，采用偏振光源V=1，Δv为光源的频带宽度。K为玻尔兹曼参数，T为K氏温度。

如图1所示的光学相干偏振测试中，光路采用对传输光和耦合光的能量均分的方式，有P_x＝P_r＝P_s+P_c＝P_s+ρP_s＝P_s（1+ρ），其中P_s为传输光强度，P_c为耦合光强度，ρ为耦合系数，一般情况下，ρ＜＜1。

偏振耦合的信号幅度可以表示成为：

$P=2\sqrt{P_s{P}_c}=2P_s\sqrt{\mathrm{\ρ}}--\left(4\right)$

在暂时不考虑电路热噪声时，检测的信噪比表示为：

$\frac{4P_s{P}_c}{{\mathrm{\σ}}_i^2}=\frac{4\mathrm{\ρ}{P}_s^2}{{\mathrm{\σ}}_i^2}=4\mathrm{\ρ}{P}_s^2/({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sh}}^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{be}}^2+{\mathrm{\σ}}_c^2)=\frac{\mathrm{\ρ}}{[2e/P_s+1/\mathrm{\Δv}+\mathrm{KT}/\left(R_L{P}_s^2\right)]B}---\left(5\right)$

可见，提高光源功率来提升信噪比的前提是，拍噪声小于散粒噪声（光源功率小于1微瓦时）；而当拍噪声大于散粒噪声时（光源功率大于1微瓦时），信噪比由拍噪声决定，它与光源功率无关。

从（5）式可见，干涉拍噪声大小是信噪比提升的瓶颈。通过优化光路结构，如图3所示，采用偏振分束器（PBS）531替代普通光纤耦合器构成光程相关器，使参与白光干涉的信号传输光和耦合光彻底分离。通过减少相干光束的数量以及交流相干项的能量，实现了相干拍噪声的抑制。

如图3所示，由2×2偏振分束器（PBS）531构成的Michelson结构光程相关器；图3中3A~3J分别表示光纤光路中不同位置时，传输光I_s（3A1）和耦合光I_f（3A2）的偏振态历经过程。当光纤旋转连接器523使待测器件的输出尾纤与偏振分束器531的输入尾纤的偏振特征轴对准时，传输光I_s和耦合光I_f分别在固定臂l₁和扫描臂l₂中传输。与采用Michelson光程相关器的光路结构相比，由于消除了检偏器，到达第1、第2探测器552、553的光信号能量分别增加一倍，有：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_r=2P_s\\ P_x=2P_c\end{array}\right.---\left(6\right)$

将（6）式代入（5）中可得：

$\frac{4(2P_s\·2P_c)}{{\mathrm{\σ}}_i^2}=\frac{16\mathrm{\ρ}{P}_s^2}{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sh}}^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{be}}^2+{\mathrm{\σ}}_c^2)}=\frac{4\mathrm{\ρ}}{[2e/P_s+4\mathrm{\ρ}/\mathrm{\Δv}+\mathrm{KT}/\left(R_L{P}_s^2\right)]B}---\left(7\right)$

由（7）式可知，信号幅度增加了4倍，大约12dB，同时由于偏振耦合系数的存在也减小了拍噪声影响，使散粒噪声成为噪声本底的主要制约因素。因此，上述方法可以极大地提高OCDP系统的检测信噪比。

由图3的光路结构可知，光程相关器只能使耦合光与传输光发生白光干涉，其信号强度除与偏振串扰有关外，还与光源功率成正比。如果无法获得传输信号光自身的白光干涉信号，无法保持测量灵敏度和动态范围的一致性，就只能获得缺陷点功率耦合因子的相对值，无法获得绝对值；此外，光源强度、器件与测试系统连接损耗的浮动，以及外界环境对器件的干扰，都极易影响测量过程，降低了测量的准确性。

为了解决上述问题，提出如图4所示的光路改进方案，调整旋转连接器523的对准角度，可以使待测光纤器件和光程相关器的对准角度存在两种状态：1）0°~0°对准，即图3所示的状态；2）0°~45°对准，即图4所示的状态。如图4所示，光路又变为传输光和耦合光的能量均分的方式，既可以实现传输光与传输光的白光干涉信号，也可以获得传输光与耦合光的白光干涉信号。分别获得不同对准状态下的白光干涉信号幅度随扫描光程变化的曲线，利用信号处理方法，对两次测量的结果进行拼接和变换，即可实现高精度、大动态范围的偏振串扰的测量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）改进了光程相关器的结构，采用全保偏光纤和偏振分束器，配合在线旋转连接功能，在提高信号幅度的同时，抑制了光学干涉噪声，大大提高了测量灵敏度；同时在相关器中增加法拉第旋光器，消除了光源的回馈光，增加光源的稳定性，光源的功率全部经由待测器件到达光电探测器，提高了光源功率的利用率；

（2）偏振分束器与在线旋转连接器配合使用，综合耦合光与传输光在能量分离和能量均分条件下的测量结果，可以使测量的动态范围与灵敏度保持一致，获得偏振串扰的绝对幅值，消除光源强度，以及器件与测试系统之间连接损耗的波动；

（3）探测装置中采用偏振分束器，完成对Michelson结构光程相关器的信号解调，实现对白光干涉信号幅度的倍增，提高了偏振串扰信号测量的信噪比。

（4）采用全光纤光路，具有体积小、测量精度高、温度稳定性和抗振动稳定性好等优点，降低了系统使用过程中对环境的要求。

本发明采用全保偏光纤光路实现光学器件偏振串扰的高精度测量，利用角度可变的光纤旋转连接器与偏振分束Michelson结构光程相关器相配合，实现对光学干涉噪声的抑制和偏振串扰的幅值标定；利用法拉第旋光器消除光源回馈光，提高光源功率利用率；利用偏振差分探测装置，完成对探测信号幅度的倍增。该装置可以极大地抑制噪声幅度，提高了偏振串扰测量的灵敏度和动态范围，使其能够分别达到-95dB和95dB，具有体积小、测量精度高、温度和振动稳定性好等优点，广泛用于光学器件偏振性能的高精度测量与分析。

附图说明

图1是全光纤分布式偏振串扰测量原理图。

图2是偏振串扰形成的干涉信号幅度与光程对应关系示意图。

图3是旋转连接器0°~0°对准时，光程相关器与差分偏振探测装置光路工作示意图；

图4是旋转连接器0°~45°对准时，光程相关器与差分偏振探测装置光路工作示意图；

图5是全保偏光路的光学偏振串扰测试系统技术方案示意图。

具体实施方式

为清楚地说明本发明提高光学器件分布式偏振串扰测量性能的方法与装置，结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

采用Michelson结构光程相关器的偏振串扰全光纤测试系统，如图5所示。主要光电器件的选择及其参数如下：

（1）宽带光源501的中心波长1550nm、半谱宽度大于45nm，出纤功率大于2mW，消光比大于6dB；

（2）在线光纤起偏器511的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB，输入端为单模光纤，输出为熊猫型保偏光纤；

（3）第1、第2、第3光纤旋转连接器521、523、541的插入损耗为1dB，消光比优于18dB；

（4）待测光纤器件522为200m熊猫型保偏光纤，消光比优于20dB；

（5）2×2偏振分束器531、1×2偏振分束器551的工作波长为1550nm，消光比大于20dB，插入损耗小于0.5dB；

（6）法拉第旋转反射镜533的工作波长为1550nm，旋光角度90±1°，插入损耗小于0.6dB；

（7）法拉第旋转器535的工作波长为1550nm，旋光角度45±1°，插入损耗小于0.3dB；

（8）自聚焦准直透镜536的工作波长为1550nm，它与可移动光学反射镜537（反射率为92%以上）之间的光程扫描距离大约在0~400mm之间变化，平均插入损耗为3.0dB；

（9）第1、第2光电探测器552、553的光敏材料均为InGaAs，光探测范围为1100~1700nm，如采用New Focus公司的Nirvana^TM系列2017型平衡探测器。

（10）偏振分束器531和551的输入、输出尾纤ps1~ps7，光纤532、534均为熊猫型保偏光纤。

测量装置的工作过程如下：

宽谱光源501的输出光经过起偏器511成为线偏光，注入到待测光学器件522中；调节第1旋转连接器521的对准角度，将信号光耦合到待测光纤器件522的一个偏振特征轴——慢轴中（快轴的工作原理与其相同）。调节第2旋转连接器523的旋转角度，使其成0°~0°对准，将由缺陷点产生的耦合光（传输在快轴）连同传输光（传输在慢轴），一同注入到光程相关器530中；偏振正交的传输光和耦合光被偏振分束器531彻底分离后，分别传输在光程相关器530的光程相关固定参考臂l₁和移动扫描臂l₂中，如图3C和3E所示。由于法拉第反射镜533的旋光作用，传输在固定参考臂l₁的信号光的传输轴由慢轴改变为快轴，并从偏振分束器531第2输入端ps2的快轴出射，如图3D所示；与此类似，由于法拉第旋光器535的作用，传输在移动扫描臂l₂的信号光的传输轴由快轴改变为慢轴，并从偏振分束器531第2输入端慢轴出射，如图3F所示。经过光程相关器530后，传输在分束器531第2输入尾纤ps2中快轴的传输光和慢轴的耦合光（如图3G所示），由于l₁和l₂长度差异产生了一定的光程差，它们被第3光纤旋转连接器旋转45°后（如图3H所示），被偏振分束器551均匀分开，分别输出到第1、第2探测器552、553上。控制可移动光学反射镜537从距离自聚焦准直透镜536距离最近的起点开始光程扫描，当光程相关器两臂l₁和l₂产生的能够与传输光和耦合光之间的光程差产生匹配时，第1、第2探测器552、553将输出白光干涉信号，白光干涉峰值与偏振串扰的耦合大小成正比，其峰值对应的光程扫描位置对应耦合点发生的空间位置。由于偏振分束器的正交分束作用，如图3I和3J所示，第1、第2探测器552、553上的干涉信号刚好相位差相差180°，二者做差可以消除直流光强的影响，获得倍增的交流干涉项，它使偏振串扰测量信噪比增加一倍。

调节第2旋转连接器523的旋转角度，使其成0°~45°对准，如图4所示，传输光和耦合光分别被偏振分束器531能量均分后，再次输入到光程相关器530的光程相关器的参考臂l₁和扫描臂l₂中，如图4C和4E所示。由于法拉第反射镜533的旋光作用，传输在固定参考臂l₁慢轴中的传输光和耦合光，变化为快轴传输，并从偏振分束器531第2输入端的快轴出射，如图4D所示；与此类似，由于法拉第旋光器535的作用，传输在移动扫描臂l₂的快轴中的传输光和耦合光，变化为慢轴传输，如图4F所示，并从偏振分束器531第2输入端的慢轴出射。汇集到偏振分束器531第2输入端的出射光束，共包含四束，它们是分别历经固定参考臂l₁和移动扫描臂l₂的传输光和耦合光，如图4G所示。上述光束，被第3光纤旋转连接器旋转45°后（如图3H所示），被偏振分束器551均匀分开，分别输出到第1、第2探测器552、553上产生光学干涉，如图3I和3J所示。虽然每个探测器上有四束光叠加，但由于历经的光程各自不同。当光程相关器的固定参考臂l₁与移动扫描臂l₂的光程差为零时，则在l₁和l₂中传输的传输光I_f(l₁)与I_f(l₂)和耦合光I_s(l₁)与I_s(l₂)各自与发生干涉，其干涉信号强度与输入光强相对应；当光程相关器的固定参考臂l₁与移动扫描臂l₂的光程差与传输光I_f(l₁)和耦合光I_s(l₂)之间光程相匹配时，则二者叠加发生白光干涉，其干涉信号的幅度对应偏振串扰功率耦合的大小。同样，第1、第2光电探测器552、553上的干涉信号刚好相位差相差180°，二者做差可以消除直流光强的影响，使交流干涉项获得倍增。由于此时除参加白光干涉的信号外，还存有其他非相干信号，因此拍噪声成为主要的噪声源，其噪声本底远大于第2旋转连接器0°~0°对准时。

综合上述两种对准关系的测量结果，经过数据拼接和变换，获得精确地分布式偏振串扰幅值。较为简单的数据处理方法是将光纤与检测系统的焊点作为测量参考值，即对于一个测量点（焊点）两次不同条件下的测量值，应该是相同的。之所以不同，主要原因是0°~0°对准时，仅能获得测试曲线为耦合光与传输光的干涉信号强度，而无法得到传输光强度，因此偏振串扰的测量值仅为相对值；而0°~45°对准时，除耦合光与传输光的干涉信号强度外，还可以获得传输光干涉的信号强度。二者的比值根据（2）式可知，可以得到偏振串扰的绝对值ρ。

选取待测器件与测试系统的光纤焊点作为参考点，计算两次测量参考点之间的幅度差异，并将0°~0°对准时的测量结果进行平移，可以抑制光学噪声后的偏振串扰测试结果。由于0°~0°对准测量时，偏振串扰的信号幅度变为原来的2倍，约12dB，光学噪声抑制使噪声本底下降3~5dB，即信噪比可以提高15dB以上。对于没有进行噪声抑制前偏振串扰探测灵敏度和动态范围分别为-80dB和80dB的测试系统，经过光路结构优化和测试数据的处理，偏振串扰的检测极限提高到-95dB以上，并且其动态范围还能够依旧保持在优于95dB。

Claims (5)

1.一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置，包括宽谱光源（501）、起偏器（511）、待测偏振器件（522）、光程相关器（530）、差分探测装置（550）、光电信号转换与信号记录装置（560），其特征是：宽谱光源（501）通过起偏器（511）、第1旋转连接器（521）与待测光纤器件（522）连接，再通过第2旋转连接器（523）与偏振分束Michelson结构光程相关器（530）连接；光程相关器（530）通过第3旋转连接器（541）连接偏振差分探测装置（550）后，与干涉信号检测与处理装置（560）再连接；旋转第1旋转连接器（521），使起偏器（511）的输出尾纤与待测光纤器件（522）的输入尾纤偏振特征轴完成0°~0°对准；旋转第3旋转连接器，使光程相关器（530）的输出尾纤与偏振差分探测装置（550）的输入尾纤的偏振特征轴实现0°~45°对准角；旋转第2旋转连接器，使待测偏振器件（522）的输出尾纤与光程相关器（530）的输入尾纤的偏振特征轴分别实现0°~0°以及0°~45°对准。

2.根据权利要求1所述的光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置，其特征是：所述光程相关器（530）由2×2偏振分束器（531）、两根保偏光纤（532、534）、法拉第旋转反射镜（533）、法拉第旋转器（535）、自聚焦准直透镜（536），以及可移动光学反射镜（537）组成；偏振分束器（531）的第1输出端（ps3）通过第1保偏光纤（532）连接法拉第旋转反射镜（533），组成固定长度光程参考臂（l₁）；偏振分束器（531）的第2输出端（ps4）通过第2保偏光纤（534）连接法拉第旋转器（535），再连接准直透镜（536），准直透镜（536）后接可移动光学反射镜（537），组成长度可变光程扫描臂（l₂）。

3.根据权利要求1或2所述的光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置，其特征是：所述偏振差分探测装置（550）由1×2偏振分束器（551）、两个光电探测器（552、553）组成；1×2偏振分束器（551）的第1输出尾纤（ps6）连接第1光电探测器（552），第2输出尾纤（ps7）连接第2光电探测器（553）；线偏振光信号注入到1×2偏振分束器（551）的第1输入尾纤（ps5）的慢轴、即y轴中，信号光仅从第1输出尾纤（ps6）的慢轴中输出；注入到第1输入尾纤（ps5）的快轴、即x轴中，仅从第2输出尾纤（ps7）的快轴中输出。

4.根据权利要求1或2所述的光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置，其特征是：所述的光程相关器（530）的可移动光学反射镜（537）处于运动起点位置时，光程相关器（530）的光程相关参考臂（l₁）的绝对光程略大于光程相关扫描臂（l₂）；可移动光学反射镜（537）连续移动的范围（x）大于待测光纤器件耦合光与传输光之间的最大光程差异。

5.根据权利要求3所述的光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置，其特征是：所述的光程相关器（530）的可移动光学反射镜（537）处于运动起点位置时，光程相关器（530）的光程相关参考臂（l₁）的绝对光程略大于光程相关扫描臂（l₂）；可移动光学反射镜（537）连续移动的范围（x）大于待测光纤器件耦合光与传输光之间的最大光程差异。

Images