CN102954869B - 一种保偏光纤高消光比校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

一种保偏光纤高消光比校准装置及其校准方法，包括SLD光源、隔离器、分束器、圆偏振起偏器、起偏器、光纤准直/耦合系统、检偏器、光电探测器、锁相放大器以及计算机，保偏光纤消光比校准方法，首先将待测保偏光纤的两端面处理完成后，使用光纤适配器分别接入光纤准直/耦合系统2和光纤准直/耦合系统3；计算机控制检偏器以一定速度连续旋转，锁相放大器1和锁相放大器2的采集数据进行比对，根据计算公式得到消光比的大小；计算机控制起偏器步进旋转，根据实时测量的消光比的变化趋势，调整起偏器的旋转方向，旋转角度的调节由大到小逐步细调，直至找到消光比的最大值。

Description

一种保偏光纤高消光比校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及一种保偏光纤高消光比校准装置及其校准方法。

背景技术

消光比定义为沿保偏光纤某一本征轴传输的偏振光与传输过程中耦合到另一本征轴的光功率之比。目前，保偏光纤消光比的校准采用旋转起偏/检偏器法，通过直接测量两个本征轴的输出光功率来计算消光比的大小。现有的校准装置典型组成如图1所示。

调制光源发出的光经准直后进入起偏器，出射光变为线偏振光，经过耦合后入射到被测光纤端面，光纤的输出光经检偏器后由探测器接收。交替旋转起偏器和检偏器找到被测光纤的本征轴，使得线偏振光注入到被测光纤的某一本征轴，然后旋转检偏器找到输出光功率的最大值和最小值，从而计算消光比的大小。

现有的校准装置存在以下几方面不足之处：

1、入射到起偏器上的空间光为非圆偏振光，在起偏器旋转过程中，产生的线偏振光功率会发生波动；

2、起偏/检偏器的角度分辨率不够高，难以保证对轴精度，同时所用的偏振棱镜存在固有偏转角，旋转过程中光轴会发生偏移；

3、光纤的定位和耦合机构采用分立的光学元件，调节重复性和稳定性差，光纤的夹持采用插杆式结构，引入了较大的外界应力。

发明内容

针对上述缺点，本发明提供一种高精度的保偏光纤消光比校准装置及其校准方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

保偏光纤高消光比校准装置包括以下组成部分：两个SLD光源，用于为校准装置提供1310nm和1550nm两个波段的低偏振度的宽光谱输入光；一个隔离器，用于阻止光路中的后向反射光；一个分束器，用于将光源输出光分为两束；一个圆偏振起偏器，用于产生标准的圆偏振光；一个起偏器，用于产生线偏振光；三个光纤准直/耦合系统，用于光纤输出光的准直和空间传输光到光纤的耦合；一个检偏器，用于检测从待测光纤输出的偏振光；两个光电探测器，用于接收输出光信号，并转换成电信号；两个锁相放大器，用于检测光电探测器输出的电信号；一台计算机，用于控制起偏/检偏器的旋转和锁相放大器的数据采集。SLD光源工作在调制模式，输出光经隔离器后，通过一个分束器分为两路，其中一路经光电探测器2后直接由锁相放大器2接收，用于监测校准过程中光源输出光功率的波动。另一路为测量光路，首先经过光纤准直/耦合系统1，该系统集成了光纤夹持、空间定位和准直/耦合功能，如图3所示，定位机构可在X、Y、Z三个方向进行调节，行程范围±3mm，分辨率为0.02μm。保偏光纤的夹持使用无应力的光纤适配器，待测光纤可以在轴向自由转动，减小了外界应力引起的附加双折射影响。准直/耦合采用内应力较小的非球面透镜，通过透镜适配器直接安装支撑体上，同时调节支撑体旋钮可以快速改变光纤端面的倾角。输出光经准直后入射到圆偏振起偏器，该器件由一个高消光比的偏振片和一个1/4波片组成，入射光经过偏振片后变为高质量的线偏振光，调节1/4波片的快轴方向，使其与线偏振光之间的夹角为45°，从而使线偏振光转变为圆偏振光。然后经过起偏器产生线偏振光，起偏器由高精度的旋转机构和偏振棱镜组成，旋转机构可绕中心轴进行360°旋转，角度分辨率为0.2mrad，采用脉冲编码式、闭环反馈控制，具有很高的旋转定位重复性。偏振棱镜采用格兰—汤普森棱镜，采用标准的25.4mm镜筒封装，可以通过一个压环直接装配在旋转机构上。产生的线偏振光由光纤准直/耦合系统2注入保偏光纤的一端，另一端通过光纤准直/耦合系统3后入射到检偏器，检偏器与起偏器为同样的结构。经检偏器后的输出光由光电探测器1接收，转换为电信号后输入锁相放大器1。

由上述装置而建立的保偏光纤消光比校准方法通过以下步骤实现：

第一步，将待测保偏光纤的两端面处理完成后，使用光纤适配器分别接入光纤准直/耦合系统2和光纤准直/耦合系统3；

第二步，计算机控制检偏器以一定速度连续旋转，同步采集锁相放大器1的读数V₁和锁相放大器2的读数V₂；

第三步，锁相放大器1和锁相放大器2的采集数据进行比对V＝V₁/V₂，然后对数据进行曲线拟合，求出最大值V_max与最小值V_min，根据计算公式PER＝10log(V_max/V_min)得到消光比的大小；

第四步，计算机控制起偏器步进旋转，根据实时测量的消光比的变化趋势，调整起偏器的旋转方向，旋转角度的调节由大到小逐步细调，直至找到消光比的最大值。

本发明充分考虑了校准过程中各方面因素对校准结果的影响，并采取针对措施加以改进，整个校准装置易于操作和维护，稳定性好，提高了消光比的动态测量范围和测量精度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。

图1校准装置典型组成

图2本发明结构示意图

图3光纤准直/耦合系统结构示意图，其中：

1-透镜适配器；2-支撑体；3-Y方向粗调旋钮；4-Y方向细调旋钮；5-光线适配棒；6-X方向粗调旋钮；7-X方向细调旋钮；8-Z方向调节旋钮；9-支撑体调节旋钮

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

保偏光纤高消光比校准装置包括以下组成部分：两个SLD光源，用于为校准装置提供1310nm和1550nm两个波段的低偏振度的宽光谱输入光；一个隔离器，用于阻止光路中的后向反射光；一个分束器，用于将光源输出光分为两束；一个圆偏振起偏器，用于产生标准的圆偏振光；一个起偏器，用于产生线偏振光；三个光纤准直/耦合系统，用于光纤输出光的准直和空间传输光到光纤的耦合；一个检偏器，用于检测从待测光纤输出的偏振光；两个光电探测器，用于接收输出光信号，并转换成电信号；两个锁相放大器，用于检测光电探测器输出的电信号；一台计算机，用于控制起偏/检偏器的旋转和锁相放大器的数据采集。SLD光源工作在调制模式，输出光经隔离器后，通过一个分束器分为两路，其中一路经光电探测器2后直接由锁相放大器2接收，用于监测校准过程中光源输出光功率的波动。另一路为测量光路，首先经过光纤准直/耦合系统1，该系统集成了光纤夹持、空间定位和准直/耦合功能，如图3所示，定位机构可在X、Y、Z三个方向进行调节，行程范围±3mm，分辨率为0.02μm。保偏光纤的夹持使用无应力的光纤适配器，待测光纤可以在轴向自由转动，减小了外界应力引起的附加双折射影响。准直/耦合采用内应力较小的非球面透镜，通过透镜适配器直接安装支撑体上，同时调节支撑体旋钮可以快速改变光纤端面的倾角。输出光经准直后入射到圆偏振起偏器，该器件由一个高消光比的偏振片和一个1/4波片组成，入射光经过偏振片后变为高质量的线偏振光，调节1/4波片的快轴方向，使其与线偏振光之间的夹角为45°，从而使线偏振光转变为圆偏振光。然后经过起偏器产生线偏振光，起偏器由高精度的旋转机构和偏振棱镜组成，旋转机构可绕中心轴进行360°旋转，角度分辨率为0.2mrad，采用脉冲编码式、闭环反馈控制，具有很高的旋转定位重复性。偏振棱镜采用格兰—汤普森棱镜，采用标准的25.4mm镜筒封装，可以通过一个压环直接装配在旋转机构上。产生的线偏振光由光纤准直/耦合系统2注入保偏光纤的一端，另一端通过光纤准直/耦合系统3后入射到检偏器，检偏器与起偏器为同样的结构。经检偏器后的输出光由光电探测器1接收，转换为电信号后输入锁相放大器1。

由上述装置而建立的保偏光纤消光比校准方法通过以下步骤实现：

第一步，将待测保偏光纤的两端面处理完成后，使用光纤适配器分别接入光纤准直/耦合系统2和光纤准直/耦合系统3；

第二步，计算机控制检偏器以一定速度连续旋转，同步采集锁相放大器1的读数V₁和锁相放大器2的读数V₂；

第三步，锁相放大器1和锁相放大器2的采集数据进行比对V＝V₁/V₂，然后对数据进行曲线拟合，求出最大值V_max与最小值V_min，根据计算公式PER＝10log(V_max/V_min)得到消光比的大小；

第四步，计算机控制起偏器步进旋转，根据实时测量的消光比的变化趋势，调整起偏器的旋转方向，旋转角度的调节由大到小逐步细调，直至找到消光比的最大值。

本发明充分考虑了校准过程中各方面因素对校准结果的影响，并采取针对措施加以改进，整个校准装置易于操作和维护，稳定性好，提高了消光比的动态测量范围和测量精度。

Claims (3)

1.一种保偏光纤高消光比校准装置，包括两个SLD光源，一个隔离器，分束器，一个圆偏振起偏器，一个起偏器，三个光纤准直/耦合系统，一个检偏器，两个光电探测器，两个锁相放大器，一台计算机，其特征在于，SLD光源用于为校准装置提供1310nm和1550nm两个波段的低偏振度的宽光谱输入光；隔离器用于阻止光路中的后向反射光；分束器用于将光源输出光分为两束；圆偏振起偏器用于产生标准的圆偏振光；起偏器用于产生线偏振光；光纤准直/耦合系统用于光纤输出光的准直和空间传输光到光纤的耦合；检偏器用于检测从待测光纤输出的偏振光；光电探测器用于接收输出光信号，并转换成电信号；锁相放大器用于检测光电探测器输出的电信号；计算机，用于控制起偏/检偏器的旋转和锁相放大器的数据采集；

SLD光源输出光经隔离器后，通过一个分束器分为两路，其中一路经第二光电探测器后直接由第二锁相放大器接收，用于监测校准过程中光源输出光功率的波动，另一路为测量光路，首先经过第一光纤准直/耦合系统，输出光经准直后入射到圆偏振起偏器，产生标准的圆偏振光，然后经过起偏器产生线偏振光，产生的线偏振光由第二光纤准直/耦合系统注入保偏光纤的一端，另一端通过第三光纤准直/耦合系统后入射到检偏器，检偏器与起偏器为同样的结构，经检偏器后的输出光由第一光电探测器接收，转换为电信号后输入第一锁相放大器；

所述的光纤准直/耦合系统集成了光纤夹持、空间定位和准直/耦合功能，定位机构可在X、Y、Z三个方向进行调节，行程范围±3mm，分辨率为0.02μm，保偏光纤的夹持使用无应力的光纤适配器，待测光纤可以在轴向自由转动，准直/耦合采用内应力较小的非球面透镜，通过透镜适配器直接安装支撑体上，同时调节支撑体旋钮可以快速改变光纤端面的倾角。

2.如权利要求1所述的一种保偏光纤高消光比校准装置，其特征在于：所述圆偏振起偏器由一个高消光比的偏振片和一个1/4波片组成，调节1/4波片的快轴方向，使其与线偏振光之间的夹角为45°，从而使线偏振光转变为圆偏振光；所述起偏器由高精度的旋转机构和偏振棱镜组成，旋转机构可绕中心轴进行360°旋转，角度分辨率为0.2mrad，采用脉冲编码式、闭环反馈控制，具有很高的旋转定位重复性，偏振棱镜采用格兰一汤普森棱镜，采用标准的25.4mm镜筒封装，通过一个压环直接装配在旋转机构上。

3.一种基于权利要求1或2所述装置建立的保偏光纤消光比校准方法，其特征在于该方法通过以下步骤实现：

第一步，将待测保偏光纤的两端面处理完成后，使用光纤适配器分别接入第二光纤准直/耦合系统和第三光纤准直/耦合系统；

第二步，计算机控制检偏器以一定速度连续旋转，同步采集第一锁相放大器的读数V₁和第二锁相放大器的读数V₂；

第三步，第一锁相放大器和第二锁相放大器的采集数据进行比对V＝V₁/V₂，然后对数据进行曲线拟合，求出最大值V_max与最小值V_min，根据计算公式PER＝10log(V_max/V_min)得到消光比的大小；

第四步，计算机控制起偏器步进旋转，根据实时测量的消光比的变化趋势，调整起偏器的旋转方向，旋转角度的调节由大到小逐步细调，直至找到消光比的最大值。