CN104280216A - 一种y波导器件的双通道光学性能同时测试装置及其y波导偏振串音识别与处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计属于光学器件测量技术领域，具体涉及到一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置及其Y波导偏振串音识别与处理方法。Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，包括高偏振宽谱光源、待测集成波导调制器即Y波导、双通道光耦合装置、光程解调装置、偏振串音检测与记录装置，双通道光耦合装置第一输入端，第一输入端连接Y波导第一通道输出端、第二通道输出端，将两个通道的光信号合并为一路，由输出端输出送入光程解调装置。该测试装置使Y波导的测试更加简便易行，其装置将待测试器件的两个输出通道光信号耦合为一路，然后仅仅用一套解调干涉仪即可实现双通道性能同时测量。这很好保证了测试的一致性，提高了测试精度。

Description

一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置及其Y波导偏振串音识别与处理方法

技术领域

本发明设计属于光学器件测量技术领域，具体涉及到一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置及其Y波导偏振串音识别与处理方法。

背景技术

多功能集成光学器件俗称“Y波导”，一般采用铌酸锂材料作为基底，它将单模光波导、光分束器、光调制器和光学偏振器进行了高度集成，是组成干涉型光纤陀螺(FOG)和光纤电流互感器的核心器件，决定着光纤传感系统的测量精度、稳定性、体积和成本。

作为高精度光学精密测量仪器的关键器件，Y波导其本身的性能参数，决定着仪器的测量精度。Y波导的性能主要由这些参数来评价：波导芯片消光比、尾纤串音、输出通道光程差，上述参数的温度特性等。因此，精确、全面地测量Y波导的光学性能，并对Y波导性能进行评价，是研发高精度光学精密测量仪器前期需要解决的核心问题。高精度精密光纤陀螺中，其对使用的Y波导性能要求达到了80dB的消光比。关于Y波导的测量与评价，已有多种方案。例如，中国电子科技集团公司第四十四研究所的华勇、舒平等人提出的一种提高光纤陀螺用Y波导芯片消光比的方法(CN 201310185490.2)，已经可以实现80dB以上Y波导器件。而常用的偏振性能检测仪器——消光比测试仪，分辨率最高的美国dBm Optics公司研制的Model4810型偏振消光比测量仪也仅有72dB；其余美国General Photonics公司的ERM102型、韩国Fiberpro公司的ER2200型、日本Santec公司的PEM-330型最高消光比均只能达到50dB左右。其均无法满足要求

20世纪90年代，法国Herve Lefevre等人(US 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)和空间干涉光路测量结构。用白光干涉测量原理的光学器件测试方法便逐渐发展起来。

2002年美国Fibersense Technology Corporation公司的Alfred Healy等人公开一种集成波导芯片的输入/输出光纤的耦合方法(US6870628)，利用白光干涉测量方法实现了波导芯片输入/输出光纤的耦合串音的测量；2004年北京航空航天大学的伊小素、肖文等人公开了一种光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置(CN 200410003424.X)，可以实现器件的损耗、分光比等光学参数的测量；2007年北京航空航天大学的伊小素、徐小斌等人公开了一种Y波导芯片与保偏光纤在线对轴装置及其在线对轴方法(CN 200710064176.3)，利用干涉光谱法同样实现了波导芯片与波导输入/输出光纤串音的测量。

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(CN 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音测量的全光纤测量系统(US 20110277552，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，抑制偏振串音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音灵敏度提高到-95dB，但动态范围保持在75dB。

2012年，本研究组提出了基于全光纤光路的偏振串音测量测试装置(CN201210379406.6)及其提高光学器件偏振串音测量性能的方法(CN201210379407.0)，解决了高精度白光干涉测量的一些关键技术问题，使偏振串音测量的灵敏度提高的-95dB以上，同时动态范围能够相应保持在95dB，同时减小了测试系统的体积，增加了测量稳定性。为高消光比Y波导器件的特性测量奠定了基础。2013年，本研究组提出了一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法(CN201310739315.3)，系统而全面的实现了超大消光比测量范围、高空间分辨率的集成波导测量与定量的评价与分析。

传统观点认为：Y波导的两个输出端的光学性能如芯片消光比、线性双折射是一致的。但实际测试的研究表明：受限于Y波导的材料和制作工艺，两输出通道的光学性能可能具有一定差异性，这对于分析波导的制作工艺和参数具有非常大的意义；基于白光干涉测量原理的Y波导测量系统，只具备单通道的测试能力，需要对Y波导的两个输出通道进行测量时，必须分两次测量完成；特别是在外界环境参数(如温度等)或者应用参数(如波导芯片的电极加载电压等)变化时，两次单通道测量和一次双通道同时测量，在外界加载条件和测量时间存在差异时，是无法完全等效的。因此，对于Y波导器件不同输出通道的参数，如：波导芯片消光比、线性双折射、插入损耗、尾纤串音等光学特性的绝对值和差异值，具有非常重大的实际价值。因此Y波导的双通道同时测量技术的发展，将是进一步提高高精度精密光学测量器件测量精度的关键之一。2013年，本研究组提出了一种集成波导调制器的双通道光学性能测试装置及其偏振串音识别与处理方法(CN201310744466.8)，提出了一种集成波导调制器双通道同时测量的装置与方法，其可以同时对Y波导两个通道光学性能进行测试与评价。但是在现有发明技术中，如果要对Y波导的双通道光学性能同时测量，每个输出通道均需要一套白光干涉仪对光程进行解调，这便需要两套解调干涉仪光路，如果需要获得较好的一致性，则要求其组成器件的参数均完全相同。在实际的测试装置搭建中，是很难满足这样的要求的，两套干涉仪搭建之后总是会存在微小差异，这种差异会导致测试的Y波导两个通道光学性能评价标准有一定差异。因此对其结构与测试方法进行改进，消除这种不一致差异性的影响，从而提高光学器件的测量的精度，是很有必要的。

本发明基于现有技术改进，提供了一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其设计思想是：采用光纤耦合器将Y波导的两个输出通道输出光信号合并为一路，然后仅仅采用一套白光干涉仪解调装置，即可对两个通道同时测量解调。其两个通道的测试曲线交错重叠在一张偏振串音测试曲线中，通过Y波导输出通道尾纤长度不同，加以区分这两个通道的串音峰值。这种装置与测试方法简化了原有装置与测试流程，提高了测试精度，精简了系统搭建成本，可以广泛用于85dB以上高消光比集成波导器件的光学性能定量测试与评价分析。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，本发明的目的还在于提供一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置的Y波导偏振串音识别与处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，包括高偏振宽谱光源、待测集成波导调制器即Y波导、双通道光耦合装置、光程解调装置、偏振串音检测与记录装置，

双通道光耦合装置第一输入端，第一输入端连接Y波导第一通道输出端、第二通道输出端，将两个通道的光信号合并为一路，由输出端输出送入光程解调装置；

光程解调装置的光学扫描台进行一次扫描，利用内置的偏振串音识别与处理算法，即可同时测量获得Y波导的两个输出通道光学性能，Y波导的两个通道偏振串音曲线显示在同一张扫描图中交错重叠，通过Y波导第一输出通道保偏尾纤、第二输出通道保偏尾纤长度不同加以区分保证两个通道的偏振串音峰不发生重叠。

双通道光耦合装置是一个由光纤耦合器和检偏器互相连接的装置，第一输入端，第一输入端和一个输出端；双通道光耦合装置可以由保偏光纤耦合器和检偏器构成；连接保偏光纤耦合器的第一输入端、第二输入端作为双通道光耦合装置的第一输入端、第二输入端，输出端和检偏器的输入尾纤连接，其焊点对轴角度为0°～0°。

双通道光耦合装置由单模光纤耦合器和第一检偏器、第二检偏器构成，单模光纤耦合器的第一输入端、第二输入端分别连接第一检偏器、第二检偏器，第一检偏器输入端尾纤、第二检偏器的输入端尾纤分别作为双通道光耦合装置的输入端，单模光纤耦合器的输出端作为双通道光耦合装置的输出端；

Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其高偏振宽谱光源、待测集成波导调制器即Y波导、双通道光耦合装置、光程解调装置之间的连接关系为：

双通道光耦合装置的第一输入端、第二输入端与待测Y波导第一通道输出保偏尾纤、待测Y波导第二通道输出保偏尾纤使用旋转连接器连接，输出端与光程解调装置连接；待测Y波导输入端的输入保偏尾纤与高偏振宽谱光源的起偏器输出保偏尾纤使用旋转连接器连接。

Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置的Y波导偏振串音识别与处理算法，包括如下步骤：

1)Y波导的输入通道保偏尾纤长度l_W-i与第一、二通道输出保偏尾纤长度l_W-o-1、l_W-o-2产生的光程为：

S_W-i＝l_W-i×Δn_f>S_ripple

S_W-o-1＝l_W-o-1×Δn_f且S_W-o-2＝l_W-o-2×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W

S_W-o-1>S_W-o-2>S_ripple或S_W-o-2>S_W-o-1>S_ripple

其中，Δn_f为保偏尾纤线性双折射，Δn_W波导芯片的线性双折射，S_ripple为光源二阶相干峰的光程最大值，S_W是波导芯片快慢轴之间的光程差；

2)若不满足上述条件，则需要分别给其焊接延长保偏光纤长度分别为l_f-i、l_f-o-1、l_f-o-2，且对轴角度均为0°～0°：

S_f-i＝l_f-i×Δn_f>S_ripple；

S_f-o-1＝l_f-o-1×Δn_f且S_f-o-2＝l_f-o-1×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W；

S_f-o-1>S_f-o-2>S_ripple或S_f-o-2>S_f-o-1>S_ripple；

3)测量并记录Y波导输入保偏尾纤长度、输入尾纤延长保偏尾纤长度、波导芯片长度、输出保偏尾纤长度、输出延长保偏尾纤长度、两个通道输出尾纤长度差异、两个通道输出延长保偏尾纤长度差异并记录，其值分别为输入保偏光纤长度lW_-i，输入延长保偏光纤长度l_f-i，波导芯片长度l_W，波导第一、二输出通道尾纤长度l_W-o-1、l_W-o-2，输出保偏尾纤延长光纤长度l_f-o-1、l_f-o-2，并计算其各自光程延迟量；

4)按照装置图连接光路，使旋转连接器对轴角度均为0°～0°；启动光程扫描台扫描，获得待测Y波导噪声本底数据；

操作旋转连接器，使其对轴角度分别为0°～45°、45°～0°、45°～0°，启动光程扫描台，通过一次扫描即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。Y波导的两个通道偏振串音曲线重叠在一张扫描曲线图中，由于Y波导第一、二输出通道尾纤长度或者输出延长保偏尾纤长度有差异，所以在Y波导的两个通道偏振串音曲线串音峰的分布错开，其在偏振串音曲线图中，其大小不相等，S_ripple要比S_f-o-2、S_f-o-1、S_f-i都小，这样才能避免ripple峰对测试结果的影响。且S_f-i和S_f-o-2、S_f-o-1大小也不相等，这样能很好的将不同的偏振串音峰区分出来。不失一般性，其排列的顺序可以是：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i或者S_ripple<S_f-o-2<S_f-o-1<S_f-i；

5)当外界环境参数或者应用参数变化时候，重新测量Y波导的光学参数性能，可以测量出两个通道光学特性随参数改变的变化。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)该测试装置使Y波导的测试更加简便易行，其装置将待测试器件的两个输出通道光信号耦合为一路，然后仅仅用一套解调干涉仪即可实现双通道性能同时测量。这很好保证了测试的一致性，提高了测试精度；

(2)采用该装置，只需要一次扫描就可同时对Y波导两个通道进行测试。这也大大简化了测试步骤和测试流程，提高了测试效率；

(3)系统使用全光路设计实现，相比已有方法结构更加简单，元件数量更少，更易于搭建。这也提高了系统的可靠性，并降低了成本，提高了效率，同时具有更小的体积，更加适合于仪器化与商业化应用。

附图说明

图1是基于白光干涉原理的光学相干域偏振测试系统(OCDP)对Y波导双通道特性同时测试装置的原理图。

图2是本发明将信号光合并为一路，对Y波导双通道光学性能同时测量的测试装置原理图。

图3是本发明双通道光耦合装置的两种实现方案，分别是保偏光纤耦合器方案和单模光纤耦合器方案。

具体实施方式

为清楚地说明本发明集成波导调制器(Y波导)双输出通道同时测量的装置和测量方法，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。

本发明实现了器件两个输出通道间的波导芯片消光比、线性双折射、插入损耗、尾纤串音等光学参量的绝对值和差异值的同时测量。

本发明提供一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，包括高偏振宽谱光源1、待测集成波导调制器(Y波导)2、双通道光耦合装置3、光程解调装置4、偏振串音检测与记录装置5，

1)双通道光耦合装置3输入端311、312连接Y波导第一、二通道输出端2B、2C，将两个通道的光信号合并为一路，由输出端39输出送入光程解调装置4；

2)光程解调装置4的光学扫描台47进行一次扫描，利用内置的偏振串音识别与处理算法，即可同时测量获得Y波导2的两个输出通道2B、2C光学性能，Y波导2的两个通道偏振串音曲线显示在同一张扫描图中交错重叠，通过Y波导2第一、二输出通道2B、2C保偏尾纤22、23长度的不同加以区分保证两个通道的偏振串音峰不发生重叠。其光学性能包括：Y波导器件两输出通道间的波导芯片消光比、线性双折射、插入损耗、尾纤串音的绝对值进行测量、存储与显示外，还要对第一、二输出通道2B、2C在外界环境参数(如温度等)或应用参数(如波导芯片的电极加载电压等)变化时的性能差异进行比较和显示；

双通道光耦合装置3：

1)双通道光耦合装置3是一个由光纤耦合器和检偏器互相连接的装置，有两个输入端311、312和一个输出端39；

2)双通道光耦合装置3可以由保偏光纤耦合器341和检偏器37构成；其连接关系是：

连接保偏光纤耦合器341的两个输入端311，312作为双通道光耦合装置的输入端311、312，输出端35和检偏器37的输入尾纤36连接，其焊点对轴角度为0°～0°；

所述的双通道光耦合装置3：

双通道光耦合装置3也可以由单模光纤耦合器342和检偏器32、33构成；其连接关系是：

单模光纤耦合器342的两个输入端321、331分别连接检偏器32、33，检偏器32、33的输入端尾纤311、312分别作为双通道光耦合装置3的输入端311、312，单模光纤耦合器342的输出端作为双通道光耦合装置的输出端39；

所述的Y波导器件2的双通道光学性能同时测试装置，其高偏振宽谱光源1、待测集成波导调制器(Y波导)2、双通道光耦合装置3、光程解调装置4之间的连接关系，其特征是：

1)双通道光耦合装置3的输入端311、312与待测Y波导第一、二通道2B、2C输出保偏尾纤22、23使用旋转连接器连接，输出端39与光程解调装置4连接；

2)待测Y波导2输入端2A的输入保偏尾纤21与高偏振宽谱光源1的起偏器18输出保偏尾纤19使用旋转连接器连接；

所述的Y波导2偏振串音识别与处理算法：

1)Y波导2的输入通道2A保偏尾纤21长度l_W-i与第一、二通道2B、2C输出保偏尾纤长度l_W-o-1、l_W-o-2产生的光程，分别要求满足下式：

S_W-i＝l_W-i×Δn_f>S_ripple                               (1)

S_W-o-1＝l_W-o-1×Δn_f且S_W-o-2＝l_W-o-2×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W  (2)

S_W-o-1>S_W-o-2>S_ripple或S_W-o-2>S_W-o-1>S_ripple              (3)

其中，Δn_f为保偏尾纤线性双折射，Δn_W波导芯片的线性双折射，S_ripple为光源(11)二阶相干峰的光程最大值，S_W是波导芯片快慢轴之间的光程差。

2)若不满足上述条件，则需要则分别需要给其焊接延长保偏光纤长度分别为l_f-i、l_f-o-1、l_f-o-2，且对轴角度均为0°～0°，并满足下式：

S_f-i＝l_f-i×Δn_f>S_ripple                                (4)

S_f-o-1＝l_f-o-1×Δn_f且S_f-o-2＝l_f-o-1×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W  (5)

S_f-o-1>S_f-o-2>S_ripple或S_f-o-2>S_f-o-1>S_ripple              (6)

3)测量并记录Y波导输入保偏尾纤长度、输入尾纤延长保偏尾纤长度、波导芯片长度、输出保偏尾纤长度、输出延长保偏尾纤长度、两个通道输出尾纤长度差异、两个通道输出延长保偏尾纤长度差异并记录，其值分别为输入保偏光纤21长度l_W-i，输入延长保偏光纤长度l_f-i，波导芯片2D长度l_W，波导第一、二输出通道尾纤22、23长度l_W-o-1、l_W-o-2，输出保偏尾纤延长光纤长度l_f-o-1、l_f-o-2，并计算其各自光程延迟量；

4)按照装置图连接光路，使旋转连接器20、301、302对轴角度均为0°～0°；启动光程扫描台47扫描，获得待测Y波导2噪声本底数据；

操作旋转连接器20、301、302，使其对轴角度分别为0°～45°、45°～0°、45°～0°，启动光程扫描台47，通过一次扫描即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。Y波导2的两个通道偏振串音曲线重叠在一张扫描曲线图中，由于Y波导(2)第一、二输出通道2B、2C尾纤长度或者输出延长保偏尾纤长度有差异，所以在Y波导2的两个通道偏振串音曲线串音峰的分布错开，其在偏振串音曲线图中，其大小不相等，S_ripple要比S_f-o-2、S_f-o-1、S_f-i都小，这样才能避免ripple峰对测试结果的影响。且S_f-i和S_f-o-2、S_f-o-1大小也不相等，这样能很好的将偏振串音峰区分出来。不失一般性，其排列的顺序可以是：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i或者S_ripple<S_f-o-2<S_f-o-1<S_f-i；

5)当外界环境参数(温度等)或者应用参数(加载电压等)变化时候，重新测量Y波导的光学参数性能，可以测量出两个通道光学特性随参数改变的变化。

本发明是对基于白光干涉原理对一种集成波导器件双通道同时测量装置的技术改进。该集成波导调制器的双通道光学性能同时测试装置图如图1所示，在对Y波导测试的过程中，高偏振宽谱光源发出的光信号经过Y波导及其输入输出尾纤和尾纤延长光纤，进入白光干涉仪。两个通道对应两套光程解调装置，共用同一个光程扫描器。光程扫描台通过一次扫描，即可获得两套光程解调装置的白光干涉信号，这两幅图对应Y波导两个通道的光学性能。该装置中，要求两个通道的解调干涉仪光路结构、组成元件及器件参数均相同。但是在实际的搭建使用中，很难完全保证以上要求，两套干涉仪总是会存在微小差异，从而导致测试出来的Y波导两个通道光学性能评价标准有一定差异。因此对其结构与测试方法进行改进，消除这种微小差异的影响，对于提高测试器件的精度来说是很有必要的。

而本发明的装置图如图2所示。图2所示装置在控制计算机的控制下，马赫-泽德干涉仪的移动反射镜进行光程扫描，使干涉仪两臂光程差从Δnl经过零，扫描至-Δnl，扫描一次即可获得Y波导两个通道的光学特性测试曲线。其表达式如下：

$\begin{array}{c}\frac{I\left(S\right)}{I\left(0\right)}=R\left(S\right)+{\mathrm{\&rho;}}_{f-i}R(S\&PlusMinus;S_{f-i})+{\mathrm{\&rho;}}_{W-i}R[S\&PlusMinus;(S_{f-i}+S_{W-i})]\\ +{\mathrm{\&rho;}}_{f-o-1}R(S\&PlusMinus;S_{f-o-1})+{\mathrm{\&rho;}}_{W-o-1}R[S\&PlusMinus;(S_{f-o-1}+S_{W-o-1})]\\ +{\mathrm{\&rho;}}_{f-o-2}R(S\&PlusMinus;S_{f-o-2})+{\mathrm{\&rho;}}_{W-o-2}R[S\&PlusMinus;(S_{f-o-2}+S_{W-o-2})]\\ +{\mathrm{\&rho;}}_{W-i}{\mathrm{\&rho;}}_{W-o-1}R[S\&PlusMinus;(S_{f-i}+S_{W-i}+S_{f-o-1}+S_{W-o-1})]\\ +{\mathrm{\&rho;}}_{W-i}{\mathrm{\&rho;}}_{W-o-2}R[S\&PlusMinus;(S_{f-i}+S_{W-i}+S_{f-o-2}+S_{W-o-2})]\\ +{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{chip}}R[S\&PlusMinus;(S_{f-i}+S_{W-i}+S_{f-o-1}+S_{W-o-1}+S_{W-1})]\\ +{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{chip}}R[S\&PlusMinus;(S_{f-i}+S_{W-i}+S_{f-o-2}+S_{W-o-2}+S_{W-2})]\\ +{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{ripple}}R(S\&PlusMinus;S_{\mathrm{ripple}})+\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&rho;}}_{i}R(S\&PlusMinus;S_i)\end{array}---\left(7\right)$

式中：S代表光程扫描延迟量，R(S)为宽谱光源的归一化自相干函数，R(0)＝1，传输光的白光干涉峰值信号幅度，光程差为零；R(S)＝0(S>S₀时，S₀为宽谱光源的相干长度)；S_f-i、S_f-o-1、S_f-o-2、S_W-i、S_W-o-1、S_W-o-2、S_W-1、S_W-2分别为输入延长光纤、第一通道输出延长光纤、第二通道输出延长光纤、输入尾纤、第一通道输出尾纤、第二通道输出尾纤、波导芯片第一通道和第二通道的光程延迟量。当慢轴光程超前于快轴光程时，上述延迟量定义为+；当慢轴光程落后于快轴光程时，上述延迟量定义为－，各光程延迟量可以依次表示为：

S_f-i＝l_f-i×Δn_f

S_W-i＝l_W-i×Δn_f

S_f-o-1＝l_f-o-1×Δn_f

S_f-o-2＝l_f-o-2×Δn_f

S_W-o-1＝l_W-o-1×Δn_f                  (8)

S_W-o-2＝l_W-o-2×Δn_f

S_W＝l_W×Δn_W

S_ripple＝2l_SLD×n_S

S_i＝l_i×Δn_i

式中，l_f-i、l_f-o-1、l_f-o-2、l_W-i、l_W-o-1、l_W-o-2、l_W分别为输入延长光纤、第一通道输出延长光纤、第二通道输出延长光纤、输入尾纤、第一通道输出尾纤、第二通道输出尾纤和波导芯片的长度，Δn_f、Δn_W分别为保偏光纤和波导芯片的线性双折射；S_ripple为光源光谱纹波相干峰值的光程差，它与SLD光源的有源区和折射率长度成正比，S_i为白光干涉测试装置3中存在的其他光学缺陷导致的干涉峰值的光程延迟量；ρ_f-i、ρ_f-o-1、ρ_f-o-2分别为输入延长光纤和波导输入光纤的焊点、第一和第二通道输出延长光纤和波导输出光纤的焊点的串音振幅幅值，ρ_W-i、ρ_W-o-1、ρ_W-o-2分别为波导输入/第一第二通道输出光纤与波导芯片的耦合串音振幅幅值，ε_chip为Y波导消光比的振幅幅值，ρ_ripple为光源光谱纹波导致的相干峰值幅值；ρ_i为白光干涉测试装置3中存在的光学缺陷导致的干涉峰值幅值。

由上式可知，如果测得光路各个部分元件的长度及其双折射，通过白光干涉测量装置光程扫描，在光程延迟量±S_f-i、±S_f-o-1、±S_f-o-2、±(S_f-i+S_W-i)、±(S_f-o-1+S_W-o-1)、±(S_f-o-2+S_W-o-2)、±(S_f-o-1+S_W-o-1+S_f-i+S_W-i+S_W-1)、±(S_f-o-2+S_W-o-2+S_f-i+S_W-i+S_W-2)处可以获得白光干涉峰值。两个通道偏振串音曲线重叠在一张扫描曲线图中，由于Y波导第一、二输出通道尾纤长度或者输出延长保偏尾纤长度有差异，所以在Y波导的两个通道偏振串音曲线串音峰的分布错开，其在偏振串音曲线图中，其大小不相等，S_ripple要比S_f-o-2、S_f-o-1、S_f-i都小，这样才能避免ripple峰对测试结果的影响。且S_f-i和S_f-o-2、S_f-o-1大小也不相等，这样能很好的将偏振串音峰区分出来。不失一般性，其排列的顺序可以是：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i或者<S_ripple<S_f-o-2<S_f-o-1<S_f-i。

连接方式：在对Y波导测试之前，需要对装置正确连接。如图2所示，将待测Y波导2接入测试装置，Y波导输入通道2A尾纤21与高偏振宽谱光源1的起偏器之间用旋转连接器20连接，Y波导输出通道2B、2C分别与双通道光耦合装置3输入端31、32使用旋转连接器连接；双通道光耦合装置采用如图2的连接方式，使用1×2保偏光纤耦合器，输出端34与检偏器36之间焊接，焊点对轴角度为0°～0°；装置其他部分按照如图所示连接好。

器件参数选择：

(1)宽带光源11的中心波长1550nm、半谱宽度大于45nm，出纤功率大于2mW，光源光谱纹波<0.05dB(峰值幅度大约为-60dB)，相干峰的光程范围4～7mm；DFB光源311的半谱宽度小于50MHz，出纤功率大于1mW；

(2)2/98光纤耦合器12工作波长1550nm、分光比2：98；

(3)光纤隔离器16工作波长1550nm、插入损耗0.8dB，隔离度>35dB；

(4)光纤起偏器18，光纤检偏器502的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB；

(5)单模光纤耦合器41、48参数相同，工作波长为1310/1550nm，分光比50：50；保偏光纤耦合器37工作波长为1310/1550nm；

(6)光纤环形器为三端口环行器，插入损耗1dB，回波损耗大于55dB；

(7)光纤准直透镜46的工作波长为1550nm，它与光程扫描器47(反射率为92％以上)之间的光程扫描距离大约在0～200mm之间变化，平均插入损耗为2.0dB，损耗波动±0.2dB以内，并且光程扫描器47大约处于100mm位置时，光程解调装置4的两臂光程差大约为零；

(8)差分探测器491、492光敏材料均为InGaAs，光探测范围为1100～1700nm，响应度大于0.85；

(9)选择待测的Y波导器件2，其工作波长为1550nm，波导尾纤慢轴与波导芯片的快轴对准，波导芯片长度20mm。

测试工作流程：

(1)先测量Y波导输入尾纤长度l_w-i，判断其产生的光程差S_w-i是否大于光源光谱纹波相干峰光程S_ripple，如果不满足，则需要焊接一段延长光纤l_f-i，且要求S_f-i>S_W。然后记录输入尾纤长度l_w-i；

(2)测量并记录Y波导芯片的长度l_W；

(3)测量第一、二通道2B、2C输出保偏尾纤长度l_W-o-1、l_W-o-2产生的光程，分别要求满足：S_W-i＝l_W-i×Δn_f>S_ripple；S_W-o-1＝l_W-o-1×Δn_f且S_W-o-2＝l_W-o-2×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W；S_W-o-1>S_W-o-2>S_ripple或S_W-o-2>S_W-o-1>S_ripple。若不满足上述条件，则需要给其焊接延长保偏光纤长度分别为l_f-i、l_f-o-1、l_f-o-2，对轴角度均为0°～0°。其光程其大小不相等，S_ripple要比S_f-o-2、S_f-o-1、S_f-i都小，这样才能避免ripple峰对测试结果的影响。且S_f-i和S_f-o-2、S_f-o-1大小也不相等，这样能很好的区分出来。不失一般性，其排列的顺序取：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i；

(4)测量并记录Y波导输入保偏尾纤长度、输入尾纤延长保偏尾纤长度、波导芯片长度、输出保偏尾纤长度、输出延长保偏尾纤长度、两个通道输出尾纤长度差异、两个通道输出延长保偏尾纤长度差异并记录，其值分别为输入保偏光纤21长度l_W-i，输入延长保偏光纤长度l_f-i，波导芯片2D长度l_W，波导第一、二输出通道尾纤22、23长度l_W-o-1、l_W-o-2，输出保偏尾纤延长光纤长度l_f-o-1、l_f-o-2，并计算其各自光程延迟量；

(5)按照装置图连接光路，使旋转连接器20、301、302对轴角度均为0°～0°；启动光程扫描台47扫描，获得待测Y波导2噪声本底数据；

操作旋转连接器20、301、302，使其对轴角度分别为0°～45°、45°～0°、45°～0°，启动光程扫描台47，通过一次扫描即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。Y波导2的两个通道偏振串音曲线重叠在一张扫描曲线图中，由于Y波导2第一、二输出通道2B、2C尾纤长度或者输出延长保偏尾纤长度有差异，所以在Y波导2的两个通道偏振串音曲线串音峰的分布错开，其在偏振串音曲线图中，其排列的顺序则是：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i；

(6)当外界环境参数(温度等)或者应用参数(加载电压等)变化时候，重新测量Y波导的光学参数性能，可以测量出两个通道光学特性随参数改变的变化。

实施例1：

1、一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，包括高偏振宽谱光源(1)、待测集成波导调制器(Y波导)(2)、双通道光耦合装置(3)、光程解调装置(4)、偏振串音检测与记录装置(5)，其特征是：

1)双通道光耦合装置(3)输入端(311，312)连接Y波导第一、二通道输出端(2B，2C)，将两个通道的光信号合并为一路，由输出端(39)输出送入光程解调装置(4)；

2)光程解调装置(4)的光学扫描台(47)进行一次扫描，利用内置的偏振串音识别与处理算法，即可同时测量获得Y波导(2)的两个输出通道(2B，2C)光学性能，Y波导(2)的两个通道偏振串音曲线显示在同一张扫描图中交错重叠，通过Y波导(2)第一、二输出通道(2B，2C)保偏尾纤(22，23)长度的不同加以区分保证两个通道的偏振串音峰不发生重叠。其光学性能包括：Y波导器件两输出通道间的波导芯片消光比、线性双折射、插入损耗、尾纤串音的绝对值进行测量、存储与显示外，还要对第一、二输出通道(2B、2C)在外界环境参数(如温度等)或应用参数(如波导芯片的电极加载电压等)变化时的性能差异进行比较和显示；

2、由权利要求1所述的双通道光耦合装置(3)，其特征是：

1)双通道光耦合装置(3)是一个由光纤耦合器和检偏器互相连接的装置，有两个输入端(311，312)和一个输出端(39)；

2)双通道光耦合装置(3)可以由保偏光纤耦合器(341)和检偏器(37)构成；其连接关系是：

连接保偏光纤耦合器(341)的两个输入端(311，312)作为双通道光耦合装置的输入端(311，312)，输出端(35)和检偏器(37)的输入尾纤(36)连接，其焊点对轴角度为0°～0°；

3、由权利要求1所述的双通道光耦合装置(3)，其特征是：

双通道光耦合装置(3)也可由单模光纤耦合器(342)和检偏器(32，33)构成；其连接关系是：

单模光纤耦合器(342)的两个输入端(321，331)分别连接检偏器(32，33)，检偏器(32，33)的输入端尾纤(311，312)分别作为双通道光耦合装置(3)的输入端(311，312)，单模光纤耦合器(342)的输出端作为双通道光耦合装置的输出端(39)；

4、由权利要求1和权利要求2所述的Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其高偏振宽谱光源(1)、待测集成波导调制器(Y波导)(2)、双通道光耦合装置(3)、光程解调装置(4)之间的连接关系，其特征是：

1)双通道光耦合装置(3)的输入端(311，312)与待测Y波导第一、二通道(2B，2C)输出保偏尾纤(22，23)使用旋转连接器连接，输出端(39)与光程解调装置(4)连接；

2)待测Y波导(2)输入端(2A)的输入保偏尾纤(21)与高偏振宽谱光源(1)的起偏器(18)输出保偏尾纤(19)使用旋转连接器连接；

5、由权利要求1所述的Y波导(2)偏振串音识别与处理算法，其特征是：

1)Y波导(2)的输入通道(2A)保偏尾纤(21)长度l_W-i与第一、二通道(2B，2C)输出保偏尾纤长度l_W-o-1、l_W-o-2产生的光程，分别要求满足下式：

S_W-i＝l_W-i×Δn_f>S_ripple                                (1)

S_W-o-1＝l_W-o-1×Δn_f且S_W-o-2＝l_W-o-2×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W  (2)

S_W-o-1>S_W-o-2>S_ripple或S_W-o-2>S_W-o-1>S_ripple              (3)

其中，Δn_f为保偏尾纤线性双折射，Δn_W波导芯片的线性双折射，S_ripple为光源(11)二阶相干峰的光程最大值，S_W是波导芯片快慢轴之间的光程差。

2)若不满足上述条件，则需要则分别需要给其焊接延长保偏光纤长度分别为l_f-i、l_f-o-1、l_f-o-2，且对轴角度均为0°～0°，并满足下式：

S_f-i＝l_f-i×Δn_f>S_ripple                               (4)

S_f-o-1＝l_f-o-1×Δn_f且S_f-o-2＝l_f-o-1×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W  (5)

S_f-o-1>S_f-o-2>S_ripple或S_f-o-2>S_f-o-1>S_ripple              (6)

3)测量并记录Y波导输入保偏尾纤长度、输入尾纤延长保偏尾纤长度、波导芯片长度、输出保偏尾纤长度、输出延长保偏尾纤长度、两个通道输出尾纤长度差异、两个通道输出延长保偏尾纤长度差异并记录，其值分别为输入保偏光纤(21)长度l_W-i，输入延长保偏光纤长度l_f-i，波导芯片(2D)长度l_W，波导第一、二输出通道尾纤(22，23)长度l_W-o-1、l_W-o-2，输出保偏尾纤延长光纤长度l_f-o-1、l_f-o-2，并计算其各自光程延迟量；

4)按照装置图连接光路，使旋转连接器(20，301，302)对轴角度均为0°～0°；启动光程扫描台(47)扫描，获得待测Y波导(2)噪声本底数据；

操作旋转连接器(20，301，302)，使其对轴角度分别为0°～45°、45°～0°、45°～0°，启动光程扫描台(47)，通过一次扫描即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。Y波导(2)的两个通道偏振串音曲线重叠在一张扫描曲线图中，由于Y波导(2)第一、二输出通道(2B，2C)尾纤长度或者输出延长保偏尾纤长度有差异，所以在Y波导(2)的两个通道偏振串音曲线串音峰的分布错开，其在偏振串音曲线图中，其大小不相等，S_ripple要比S_f-o-2、S_f-o-1、S_f-i都小，这样才能避免ripple峰对测试结果的影响。且S_f-i和S_f-o-2、S_f-o-1大小也不相等，这样能很好的将不同的偏振串音峰区分出来。不失一般性，其排列的顺序可以是：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i或者S_ripple<S_f-o-2<S_f-o-1<S_f-i；

5)当外界环境参数(温度等)或者应用参数(加载电压等)变化时候，重新测量Y波导的光学参数性能，可以测量出两个通道光学特性随参数改变的变化。

Claims (5)

1.一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，包括高偏振宽谱光源(1)、待测集成波导调制器即Y波导(2)、双通道光耦合装置(3)、光程解调装置(4)、偏振串音检测与记录装置(5)，其特征是：

双通道光耦合装置(3)第一输入端(311)，第一输入端(312)连接Y波导第一通道输出端(2B)、第二通道输出端(2C)，将两个通道的光信号合并为一路，由输出端(39)输出送入光程解调装置(4)；

光程解调装置(4)的光学扫描台(47)进行一次扫描，利用内置的偏振串音识别与处理算法，即可同时测量获得Y波导(2)的两个输出通道(2B，2C)光学性能，Y波导(2)的两个通道偏振串音曲线显示在同一张扫描图中交错重叠，通过Y波导(2)第一输出通道(2B)保偏尾纤(22)、第二输出通道(2C)保偏尾纤(23)长度不同加以区分保证两个通道的偏振串音峰不发生重叠。

2.根据权利要求1所述的一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其特征在于，所述双通道光耦合装置(3)是一个由光纤耦合器和检偏器互相连接的装置，第一输入端(311)，第一输入端(312)和一个输出端(39)；双通道光耦合装置(3)可以由保偏光纤耦合器(341)和检偏器(37)构成；连接保偏光纤耦合器(341)的第一输入端(311)、第二输入端(312)作为双通道光耦合装置的第一输入端(311)、第二输入端(312)，输出端(35)和检偏器(37)的输入尾纤(36)连接，其焊点对轴角度为0°～0°。

3.根据权利要求1所述的一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其特征在于：双通道光耦合装置(3)由单模光纤耦合器(342)和第一检偏器(32)、第二检偏器(33)构成，单模光纤耦合器(342)的第一输入端(321)、第二输入端(331)分别连接第一检偏器(32)、第二检偏器(33)，第一检偏器(32)输入端尾纤(311)、第二检偏器(33)的输入端尾纤(312)分别作为双通道光耦合装置(3)的输入端，单模光纤耦合器(342)的输出端作为双通道光耦合装置的输出端(39)；

4.根据权利要求1所述的一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其特征在于：所述的Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置，其高偏振宽谱光源(1)、待测集成波导调制器即Y波导(2)、双通道光耦合装置(3)、光程解调装置(4)之间的连接关系为：

双通道光耦合装置(3)的第一输入端(311)、第二输入端(312)与待测Y波导第一通道输出保偏尾纤(2B)、待测Y波导第二通道输出保偏尾纤(23)使用旋转连接器连接，输出端(39)与光程解调装置(4)连接；待测Y波导(2)输入端(2A)的输入保偏尾纤(21)与高偏振宽谱光源(1)的起偏器(18)输出保偏尾纤(19)使用旋转连接器连接。

5.一种Y波导器件的双通道光学性能同时测试装置的Y波导偏振串音识别与处理算法，其特征是，包括如下步骤：

1)Y波导(2)的输入通道(2A)保偏尾纤(21)长度l_W-i与第一、二通道(2B，2C)输出保偏尾纤长度l_W-o-1、l_W-o-2产生的光程为：

S_W-i＝l_W-i×Δn_f>S_ripple

S_W-o-1＝l_W-o-1×Δn_f且S_W-o-2＝l_W-o-2×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W

S_W-o-1>S_W-o-2>S_ripple或S_W-o-2>S_W-o-1>S_ripple

其中，Δn_f为保偏尾纤线性双折射，Δn_W波导芯片的线性双折射，S_ripple为光源(11)二阶相干峰的光程最大值，S_W是波导芯片快慢轴之间的光程差；

2)若不满足上述条件，则需要分别给其焊接延长保偏光纤长度分别为l_f-i、l_f-o-1、l_f-o-2，且对轴角度均为0°～0°：

S_f-i＝l_f-i×Δn_f>S_ripple；

S_f-o-1＝l_f-o-1×Δn_f且S_f-o-2＝l_f-o-1×Δn_f>S_W＝l_W×Δn_W；

S_f-o-1>S_f-o-2>S_ripple或S_f-o-2>S_f-o-1>S_ripple；

3)测量并记录Y波导输入保偏尾纤长度、输入尾纤延长保偏尾纤长度、波导芯片长度、输出保偏尾纤长度、输出延长保偏尾纤长度、两个通道输出尾纤长度差异、两个通道输出延长保偏尾纤长度差异并记录，其值分别为输入保偏光纤(21)长度l_W-i，输入延长保偏光纤长度l_f-i，波导芯片(2D)长度l_W，波导第一、二输出通道尾纤(22，23)长度l_W-o-1、l_W-o-2，输出保偏尾纤延长光纤长度l_f-o-1、l_f-o-2，并计算其各自光程延迟量；

4)按照装置图连接光路，使旋转连接器(20，301，302)对轴角度均为0°～0°；启动光程扫描台(47)扫描，获得待测Y波导(2)噪声本底数据；

操作旋转连接器(20，301，302)，使其对轴角度分别为0°～45°、45°～0°、45°～0°，启动光程扫描台(47)，通过一次扫描即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。Y波导(2)的两个通道偏振串音曲线重叠在一张扫描曲线图中，由于Y波导(2)第一、二输出通道(2B，2C)尾纤长度或者输出延长保偏尾纤长度有差异，所以在Y波导(2)的两个通道偏振串音曲线串音峰的分布错开，其在偏振串音曲线图中，其大小不相等，S_ripple要比S_f-o-2、S_f-o-1、S_f-i都小，这样才能避免ripple峰对测试结果的影响。且S_f-i和S_f-o-2、S_f-o-1大小也不相等，这样能很好的将不同的偏振串音峰区分出来。不失一般性，其排列的顺序可以是：S_ripple<S_f-o-1<S_f-o-2<S_f-i或者S_ripple<S_f-o-2<S_f-o-1<S_f-i；

5)当外界环境参数或者应用参数变化时候，重新测量Y波导的光学参数性能，可以测量出两个通道光学特性随参数改变的变化。