CN103454726A - 一种四分之一波片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四分之一波片的制作方法，包括：S1、搭建线偏振光输出装置后，输出线偏振光，将该线偏振光作为制作波片时的参考信号；S2、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端进行45°熔接；S3、将波片保偏光纤截留四分之一拍长或四分之三拍长；S4、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端进行熔接；S5、测试传感光纤的输出端的光信号，进而判定四分之一波片是否合格；S6、对保偏光纤尾纤进行切割。本发明的一种四分之一波片的制作方法，制备过程简单，操作简易，精度高，成品率高，而且制作成本低，可广泛应用于四分之一波片的制作中。

Description

一种四分之一波片的制作方法

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别是涉及一种四分之一波片的制作方法。

背景技术

目前电力系统使用的电磁式互感器存在体积大、重量重、有铁磁饱和铁磁谐振等缺点，无法维持较高的测量精度，因此，光纤电流互感器的出现以及应用给电力系统带来了革命性影响。图1所示为目前常见的全光纤电流互感器的结构示意图，这种全光纤电流互感器的技术方案和原理主要借鉴于成熟的反射式光纤陀螺技术，最主要区别在于全光纤电流互感器多了一个四分之一波片，该四分之一波片在全光纤电路互感器的光路中起到了极为关键的作用。四分之一波片属于偏振弱化器件，即把线偏振光转化为圆偏振光，以便于通过利用法拉第磁光效应，使得两束圆偏振光产生一定的相位差，然后通过检测该相位差间接测量产生磁场的待测电流的值。

从图1全光纤电流互感器的结构示意图可看出，SLED光源为宽谱光源，其发出的光经过起偏器后输出线偏振光。该线偏振光 45°耦合进相位调制器的保偏光纤后形成两束分别沿着保偏光纤尾纤的快轴和慢轴传输的正交偏振光。由相位调制器调制后形成的这两束正交偏振光，经延迟线1后均产生一个附加相位差，然后经四分之一波片2分别被转化为左旋和右旋圆偏振光，然后进入传感光纤环3。传感光纤环3中间的通电的导体4在传感光纤环3的周围产生磁场，在该磁场产生的法拉第磁光效应下，这两束圆偏振光以不同的速度传输，然后这两束圆偏振光传输到反射镜5处经反射镜5反射且反射后这两束圆偏振光发生偏振模式互换。经反射镜5反射后的圆偏振光再次经过传感光纤环3而再产生一次法拉第磁光效应，由于其非互易特性，使得这两束圆偏振光相位差加倍。这两束圆偏振光再次经过四分之一波片2后，重新恢复为线偏振光，并在起偏器处发生干涉。最后携带相位差信息的光由耦合器耦合进电路模块中的光电探测器中。

四分之一波片在整个光路中起到极其关键的作用，基本上，其性能决定了全光纤电流互感器光信号的传感测量精度。现有四分之一波片种类繁多，结构也多样，但能很好兼容到全光纤电流互感器光路系统中的合适波片却很少，如晶体式四分之一波片由于存在分立式结构，导致光信号耦合不理想而使得光信号处理不稳定等问题，同时也不利于工程上的使用；通过加热扭转光纤达到四分之一波片效果的技术方案，则需要比较复杂的设备，操作技术要求也比较高，同时由于扭转光纤在长期使用后会产生应力释放，最终导致该四分之一波片逐渐失效。

由光纤熔接而成的四分之一波片结构简单、紧凑，具有更宽的带宽，稳定性好。但是目前，将光纤熔接制作成四分之一波片的方法还不成熟，熔接和切割过程难以控制，而且精度较低，造成误差的线性积累，增大了四分之一波片的误差。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种制备过程简单、操作简易且精度高的四分之一波片的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种四分之一波片的制作方法，包括：

S1、搭建线偏振光输出装置后，输出线偏振光，将该线偏振光作为制作波片时的参考信号；

S2、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端进行45°熔接；

S3、将波片保偏光纤截留四分之一拍长或四分之三拍长；

S4、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端进行熔接；

S5、测试传感光纤的输出端的光信号，进而判定四分之一波片是否合格；

S6、对保偏光纤尾纤进行切割。

进一步，所述步骤S1中所述线偏振光输出装置包括依次熔接的SLED光源、消偏器以及起偏器，所述起偏器带有用于输出线偏振光的保偏光纤尾纤，所述线偏振光的消光比不小于30dB。

进一步，所述步骤S2，包括：

S21、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，采用半自动熔接方式，将保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端对准；

S22、将波片保偏光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量波片保偏光纤输出的光信号；

S23、调节熔接机马达使得波片保偏光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值接近0dB且偏振度接近100%时，进行放电熔接。

进一步，所述步骤S3，包括：

S31、搭建光纤切割平台，然后将熔接好的波片保偏光纤放入光纤切割平台的光纤夹具中；

S32、在显微镜底下查找到保偏光纤尾纤与波片保偏光纤之间的熔接口后，通过调节三维调节架使波片保偏光纤进行移动，使得熔接口对准切割刀的刀口；

S33、旋转三维调节架的横向调节轴，使波片保偏光纤移动进而令切割刀的刀口位于波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长附近；

S34、旋转三维调节架的千分尺调节轴，使切割刀的刀口精确地对准波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长处，然后进行切割。

进一步，所述步骤S4，包括：

S41、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端对准；

S42、将传感光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量传感光纤输出的光信号；

S43、调节熔接机马达使得传感光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值小于2dB且偏振度大于95%时，进行放电熔接。

进一步，所述步骤S5，其具体为：

测试传感光纤的输出端的光信号，若该光信号的消光比小于2dB，偏振度大于95%，则判定制作得到的四分之一波片是合格的，否则重新制作。

进一步，所述波片保偏光纤为椭圆芯保偏光纤。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种四分之一波片的制作方法，首先产生一个线偏振光作为参考信号，然后结合消光比分析仪的实时测试数据对波片保偏光纤进行熔接，然后，截留波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长，之后再熔接上传感光纤从而制成四分之一波片。本方法制备过程简单，操作简易，精度高，成品率高，而且制作成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是目前技术的全光纤电流互感器的示意图；

图2是本发明的一具体实施例中使用的线偏振光输出装置的示意图；

图3是本发明的一具体实施例的步骤S2中进行熔接的示意图；

图4是本发明的一具体实施例中的光纤切割平台的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种四分之一波片的制作方法，包括：

S1、搭建线偏振光输出装置后，输出线偏振光，将该线偏振光作为制作波片时的参考信号；

S2、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端进行45°熔接；

S3、将波片保偏光纤截留四分之一拍长或四分之三拍长；

S4、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端进行熔接；

S5、测试传感光纤的输出端的光信号，进而判定四分之一波片是否合格；

S6、对保偏光纤尾纤进行切割。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S1中所述线偏振光输出装置包括依次熔接的SLED光源、消偏器以及起偏器，所述起偏器带有用于输出线偏振光的保偏光纤尾纤，所述线偏振光的消光比不小于30dB。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2，包括：

S21、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，采用半自动熔接方式，将保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端对准；

S22、将波片保偏光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量波片保偏光纤输出的光信号；

S23、调节熔接机马达使得波片保偏光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值接近0dB且偏振度接近100%时，进行放电熔接。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3，包括：

S31、搭建光纤切割平台，然后将熔接好的波片保偏光纤放入光纤切割平台的光纤夹具中；

S32、在显微镜底下查找到保偏光纤尾纤与波片保偏光纤之间的熔接口后，通过调节三维调节架使波片保偏光纤进行移动，使得熔接口对准切割刀的刀口；

S33、旋转三维调节架的横向调节轴，使波片保偏光纤移动进而令切割刀的刀口位于波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长附近；

S34、旋转三维调节架的千分尺调节轴，使切割刀的刀口精确地对准波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长处，然后进行切割。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S4，包括：

S41、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端对准；

S42、将传感光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量传感光纤输出的光信号；

S43、调节熔接机马达使得传感光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值小于2dB且偏振度大于95%时，进行放电熔接。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S5，其具体为：

测试传感光纤的输出端的光信号，若该光信号的消光比小于2dB，偏振度大于95%，则判定制作得到的四分之一波片是合格的，否则重新制作。

进一步作为优选的实施方式，所述波片保偏光纤为椭圆芯保偏光纤。

本发明的一具体实施例如下：

一种四分之一波片的制作方法，包括：

S1、搭建线偏振光输出装置后，输出线偏振光，将该线偏振光作为制作波片时的参考信号；参照图2，线偏振光输出装置包括依次熔接的SLED光源、消偏器以及起偏器，起偏器带有用于输出线偏振光的保偏光纤尾纤，线偏振光的消光比不小于30dB，且偏振度尽量接近100%。

S2、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端进行45°熔接：

S21、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，采用半自动熔接方式，将保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端对准，这样两段光纤可以达到光信号耦合；

S22、将波片保偏光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量波片保偏光纤输出的光信号；

S23、调节熔接机马达使得波片保偏光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值接近0dB且偏振度接近100%时，进行放电熔接，此时保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的偏振轴彼此偏离角度接近45°，即实现45°熔接；在熔接过程中通过旋转熔接机马达，配合消光比分析仪的实际测量值，可使得熔接角度误差控制在0.2°以内，这样，不需要很先进的熔接机就可以实现精确的45°熔接。实际上，通过这种方式进行熔接，可以实现任意类型的保偏光纤精确角度熔接，降低了误差，提高了熔接效率。

熔接后，将保偏光纤尾纤的输出端接入到消光比分析仪中，测试保偏光纤尾纤的输出端的光信号，若该光信号的消光比小于0.2dB，偏振度接近100%，则判定此次熔接是合格的。

本步骤熔接时的示意图如图3所示，图3中，省略了熔接机的光纤夹具。另外，进行放电熔接时是通过图3中的熔接机电极放电的。

S3、将波片保偏光纤截留四分之一拍长或四分之三拍长：

S31、搭建光纤切割平台，然后将熔接好的波片保偏光纤放入光纤切割平台的光纤夹具中；参照图4所示，光纤切割平台包括光学平台、显微镜、光纤轮式切割刀及三维调节架，切割刀和三维调节架固定在光学平台上，三维调节架上设有千分尺调节轴及光纤夹具，图4中省略了光学平台；需注意，光纤必须严格清洗干净后再放入切割平台的光纤夹具中；

S32、在显微镜底下查找到保偏光纤尾纤与波片保偏光纤之间的熔接口后，通过调节三维调节架使波片保偏光纤进行移动，使得熔接口对准切割刀的刀口；

S33、旋转三维调节架的横向调节轴，使波片保偏光纤移动进而令切割刀的刀口位于波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长附近；

S34、旋转三维调节架的千分尺调节轴，使切割刀的刀口精确地对准波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长处，然后进行切割。本步骤最高可实现的光纤切割精度可达到2μm，实现微米量级的切割水平，更好地提高了四分之一波片的制作精度，减少了波片的切割误差，保证了波片制作的一致性，同时也大大提高了波片的制备成品率。

S4、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端进行熔接：

S41、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端对准；

S42、将传感光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量传感光纤输出的光信号；

S43、调节熔接机马达使得传感光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值小于2dB且偏振度大于95%时，进行放电熔接。

S5、测试传感光纤的输出端的光信号，进而判定四分之一波片是否合格：测试传感光纤的输出端的光信号，若该光信号的消光比小于2dB，偏振度大于95%，则判定制作得到的四分之一波片是合格的，否则重新制作。

S6、对保偏光纤尾纤进行切割，截留保偏光纤尾纤的一部分作为四分之一波片的输入端，因此得到的四分之一波片是由保偏光纤尾纤、波片保偏光纤及传感光纤这三段光纤熔接而成的。

本实施例中的波片保偏光纤为椭圆芯保偏光纤。本实施例放弃采用常用的熊猫型保偏光纤，主要是因为椭圆芯保偏光纤属于几何结构致高双折射型的，而熊猫型保偏光纤则为应力致高双折射型，从结构机理上可知，前者比后者的热光效应要一个数量级以上，所以采用椭圆芯保偏光纤作为波片，则能够很好的减少温度对波片正常工作的影响，同时也可避免震动和应力等对该波片正常工作的影响。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，包括：

S1、搭建线偏振光输出装置后，输出线偏振光，将该线偏振光作为制作波片时的参考信号；

S2、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端进行45°熔接；

S3、将波片保偏光纤截留四分之一拍长或四分之三拍长；

S4、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端进行熔接；

S5、测试传感光纤的输出端的光信号，进而判定四分之一波片是否合格；

S6、对保偏光纤尾纤进行切割。

2.根据权利要求1所述的一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，所述步骤S1中所述线偏振光输出装置包括依次熔接的SLED光源、消偏器以及起偏器，所述起偏器带有用于输出线偏振光的保偏光纤尾纤，所述线偏振光的消光比不小于30dB。

3.根据权利要求2所述的一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：

S21、将输出线偏振光的保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，采用半自动熔接方式，将保偏光纤尾纤与波片保偏光纤的输入端对准；

S22、将波片保偏光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量波片保偏光纤输出的光信号；

S23、调节熔接机马达使得波片保偏光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值接近0dB且偏振度接近100%时，进行放电熔接。

4.根据权利要求3所述的一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：

S31、搭建光纤切割平台，然后将熔接好的波片保偏光纤放入光纤切割平台的光纤夹具中；

S32、在显微镜底下查找到保偏光纤尾纤与波片保偏光纤之间的熔接口后，通过调节三维调节架使波片保偏光纤进行移动，使得熔接口对准切割刀的刀口；

S33、旋转三维调节架的横向调节轴，使波片保偏光纤移动进而令切割刀的刀口位于波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长附近；

S34、旋转三维调节架的千分尺调节轴，使切割刀的刀口精确地对准波片保偏光纤的四分之一拍长或四分之三拍长处，然后进行切割。

5.根据权利要求4所述的一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：

S41、将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端放入熔接机的光纤夹具中，将波片保偏光纤的输出端与传感光纤的输入端对准；

S42、将传感光纤的输出端接入消光比分析仪中，通过消光比分析仪实时测量传感光纤输出的光信号；

S43、调节熔接机马达使得传感光纤进行旋转，同时观测消光比分析仪测得的光信号，当光信号的消光比的值小于2dB且偏振度大于95%时，进行放电熔接。

6.根据权利要求5所述的一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，所述步骤S5，其具体为：

测试传感光纤的输出端的光信号，若该光信号的消光比小于2dB，偏振度大于95%，则判定制作得到的四分之一波片是合格的，否则重新制作。

7.根据权利要求1所述的一种四分之一波片的制作方法，其特征在于，所述波片保偏光纤为椭圆芯保偏光纤。

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