CN104280217B - 一种y波导双通道光学性能测量装置 - Google Patents

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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波导双通道光学性能测量装置。Y波导双通道光学性能测量装置，包括高偏振宽谱光源、待测Y波导器件、光学干涉扫描解调装置、偏振串音检测与记录装置：待测Y波导的第一输出保偏尾纤、第二通道输出保偏尾纤分别与光学干涉扫描解调装置的第一输入端、第二输入端连接，构成马赫‑泽德干涉仪；光学干涉扫描解调装置依次由光程发生器、光程扫描装置和光电探测器连接构成。该测试装置使用Y波导作为白光干涉仪的一部分测试其两个输出通道光学性能，两个通道不会交叉干扰，这样使测试结果更加准确。

Description

一种Y波导双通道光学性能测量装置
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波导双通道光学性能测量装置。
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中的核心部件，对Y波导精确而全面的测量其特性的技术，是提高仪器测量精度的关键技术之一。Y波导的重要参量主要包括：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。对于高精度精密级光纤陀螺中使用的Y波导芯片，要求消光比达到80dB以上。这么高的性能指标要求，就必须有对Y波导性能进行测试评价的技术。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)，已经将波导芯片消光比提高到80dB以上。但受限于测试仪器性能和测试方法，目前还无法实现高消光比Y波导芯片消光比准确测量。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dBmOptics公司研制Model4810型偏振消光比测量仪也仅有72dB，除此以外，美国GeneralPhotonics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，无法满足80dB以上高消光比Y波导器件的测试需求。
Y波导器件由输入光纤、波导芯片和输出光纤、调制电极等几部分组成，至少包含一个输入通道和两个输出通道。结构的复杂性要求除芯片消光比外，其余芯片的线性双折射射、尾纤串音、插损损耗、输出通道光程差，以及上述参数的温度特性、电压特性等性能也是必须进行测量的参量。
白光干涉技术测量方法的出现，使高消光比的Y波导测试评价方法成为了可能。20世纪90年代初，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。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音灵敏度为-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。但对于高消光比Y波导的测量还略显不足。
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(CN200410003424.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。但没有涉及波导芯片消光比的测量问题。
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(US20110277552，Measuring Distributed Polarization Crosstalk in PolarizationMaintaining Fiber and Optical Birefringent 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。但是现有的装置结构中，Y波导每个输出通道均需要一套白光干涉仪对光程进行解调，如果想要使测试结果具有很好的一致性，这就需要两套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，很难完全保证这样的要求，元件之间总是会存在差异，这种差异会导致测试结果具有不一致性。因此对其结构与测试方法进行改进，消除这种差异的影响，使测试的一致性加强，对于提高测量的精度，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：以待测Y波导做为马赫-泽德干涉仪的分光器，和另外一个2×2光纤耦合器或者偏振分束器一起构成干涉仪主体部分。干涉仪的两臂即为Y波导两个输出通道、两个输出通道尾纤和2×2光纤耦合器或者偏振分束器两个输入端所连接形成的光路。在干涉仪一臂加入三端光纤环形器引入光程扫描装置进行一次扫描，即可同时测得干涉仪两臂的偏振串音曲线。在测试的曲线图中，以中央等光程干涉主峰为分界线，左右两边偏振串音特性曲线分别对应分布着干涉仪两臂及其延长尾纤的偏振串音峰。与现有技术相比，该测试装置与方法仅仅采用一套光学干涉仪，即可实现Y波导双通道光学性能的同时测量。这大大减少了元件数量，降低了测试系统装置的复杂程度，也简化了测试流程，提高了测试系统的可靠性，简化了测试装置与测试步骤，节约了成本，提高了测试效率。可以广泛用于达到85dB以上的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用简单的装置，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的Y波导双通道光学性能测量装置。
本发明的目的是这样实现的：
Y波导双通道光学性能测量装置，包括高偏振宽谱光源、待测Y波导、光学干涉扫描解调装置、偏振串音检测与记录装置：
待测Y波导的第一通道输出保偏尾纤、第二通道输出保偏尾纤分别与光学干涉扫描解调装置的第一输入端、第二输入端连接，构成马赫-泽德干涉仪；
光学干涉扫描解调装置依次由光程发生器、光程扫描装置和光电探测器连接构成；
光学干涉扫描解调装置的光程扫描台通过一次光程扫描，偏振串音检测与记录装置即检测到光学干涉扫描解调装置的输出端的光电探测器输出的光信号，利用内置的Y波导器件偏振串音识别与处理，同时记录与处理Y波导的第一、二输出通道的偏振串音数据，一次获得其全部光学性能，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。
光学干涉扫描解调装置的光程发生器的第一输入端、第二输入端分别通过旋转连接器连接待测Y波导的第一、二输出通道延长保偏尾纤，与待测Y波导构成马赫-泽德白光干涉仪；光学干涉扫描解调装置的光程发生器的一个输出端连接光程扫描装置的光纤准直透镜；光学干涉扫描解调装置的光程发生器另外两个光信号输出端分别连接光电探测器；光学干涉扫描解调装置的光程扫描装置由光纤准直透镜和光程扫描台构成。
光程发生器，由检偏器、单模光纤三端环形器和单模光纤耦合器组成，其构成元件的连接关系是：
单模光纤耦合器的两个输入端分别连接检偏器的输出端和三端单模光纤环形器的一个输出端；三端单模光纤环形器一个输入端与检偏器连接，一个输出端作为光程发生器的输出端；检偏器的保偏输入尾纤分别作为光程发生器的第一输入端、第二输入端。
光程发生器，由检偏器、保偏光纤三端环形器和保偏光纤耦合器组成，其构成元件连接关系是：
保偏光纤耦合器两个输出端分别与检偏器的输入端保偏尾纤连接，其对轴角度为0°～0°；检偏器的两个输出端和保偏光纤耦合器的一个输出端分别作为光程发生器的三个输入端，第四个输入端连接保偏光纤三端环形器的一个输出端，其对轴角度为0°～0°；保偏光纤三端环形器的一个输入端作为光程发生器第二输入端；保偏光纤三端环形器的一个输入端作为光程发生器的输入端，另一个输出端作为光程发生器的输出端。
所光程发生器，由偏振分束器和保偏光纤三端环形器组成，其构成元件的连接关系是：
偏振分束器两个输出端作为光程发生器的输出端；偏振分束器的一个输入端作为光程发生器的第一输入端，另一个输入端与保偏光纤三端环形器的一个输出端连接，器对轴角度为0°～0°；保偏光纤三端环形器的一个输入端作为光程发生器的第二输入端，另一个输出端作为光程发生器的输出端。
所述的Y波导和光学干涉扫描解调装置，以及高偏振宽谱光源之间的连接关系是：Y波导的输入端与高偏振宽谱光源的起偏器输出尾纤用旋转连接器连接；Y波导的第一、二输出通道的输出保偏尾纤，分别与光学干涉扫描解调装置的光程发生器的两个输入端使用旋转连接器连接；光学干涉扫描解调装置的两个输出端连接光电探测器，将转换的电信号送给偏振串音检测与记录装置进行处理。
本发明的有益效果在于：
(1)该测试装置使用Y波导作为白光干涉仪的一部分测试其两个输出通道光学性能，两个通道不会交叉干扰，这样使测试结果更加准确；
(2)测试装置测试Y波导双通道光学性能，仅需搭建一套白光干涉信号解调装置，这可以使测试结果具有更好的一致性，从而避免了搭建两套装置因为元件参数、安装等等一系列因素带来的两个通道测试结果不一致性影响。
(3)系统采用全光路设计实现，相比原来装置方法结构更加简单，元件数量更少，体积可以更小且更易于搭建，这提高了系统的可靠性，减少了不确定性因素给测试系统带来的影响，更加适合于仪器化。
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)采用两套白光干涉仪同时测量Y波导双通道光学性能的测试装置示意图。
图2是本发明Y波导双通道同时测量光学性能的装置示意图。
图3是光程发生器采用单模光纤耦合器的原理图。
图4是光程发生器采用保偏光纤耦合器的原理图。
图5是光程发生器采用偏振分束器的原理图。
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。
本发明提供一种简化的Y波导双通道光学性能测量装置，包括高偏振宽谱光源1、待测Y波导2、光学干涉扫描解调装置3、偏振串音检测与记录装置4：
1)待测Y波导2的第一、二通道2B、2C输出保偏尾纤22、23与光学干涉扫描解调装置3的输入端311、312连接，构成马赫-泽德干涉仪；
2)光学干涉扫描解调装置3由光程发生器32、光程扫描装置37和光电探测器341、342连接构成；
3)光学干涉扫描解调装置3的光程扫描台372通过一次光程扫描，偏振串音检测与记录装置4即检测到光学干涉扫描解调装置3的输出端的光电探测器341、342输出的光信号，利用内置的Y波导器件2偏振串音识别与处理算法，同时记录与处理Y波导2的第一、二输出通道2B、2C的偏振串音数据，一次获得其全部光学性能。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。
所述的光学干涉扫描解调装置3是：
1)光学干涉扫描解调装置3的光程发生器32两个光信号输入端311、312分别通过旋转连接器201、302连接待测Y波导2的第一、二输出通道2B、2C延长保偏尾纤22、23，与待测Y波导2构成马赫-泽德白光干涉仪；
2)光学干涉扫描解调装置3的光程发生器32的一个输出端36连接光程扫描装置37的光纤准直透镜371；
3)光学干涉扫描解调装置3的光程发生器32另外两个光信号输出端331、332分别连接光电探测器341、342；
4)光学干涉扫描解调装置3的光程扫描装置37由光纤准直透镜371和光程扫描台372构成；
所述的光程发生器32是：
由检偏器321和322、单模光纤三端环形器3241和单模光纤耦合器3271组成，其构成元件的连接关系是：
单模光纤耦合器的两个输入端3261、3262分别连接检偏器321的输出端和三端单模光纤环形器3241的一个输出端；三端单模光纤环形器3241一个输入端323与检偏器322连接，一个输出端作为光程发生器32的输出端36；检偏器321、322的保偏输入尾纤分别作为光程发生器32的第一输入端(311)、第二输入端；
所述的光程发生器32：
可以由检偏器321和322、保偏光纤三端环形器3242和保偏光纤耦合器3272，其构成元件连接关系是：
保偏光纤耦合器3272两个输出端3281、3282分别与检偏器321、322的输入端保偏尾纤3211、3212连接，其对轴角度为0°～0°；检偏器的两个输出端(331，332)和保偏光纤耦合器的一个输出端分别作为光程发生器(32)的三个输入端，第四个输入端连接保偏光纤三端环形器(3242)的一个输出端(3263)，其对轴角度为0°～0°；保偏光纤三端环形器(3242)的一个输入端作为光程发生器(32)第二输入端(312)，另一个输出端作为光程发生器(32)的输出端(36)；
所述的光程发生器32：
可以由偏振分束器3273和保偏光纤三端环形器3242组成，其构成元件的连接关系是：
偏振分束器3273两个输出端作为光程发生器32的输出端331、332；偏振分束器3273的一个输入端作为光程发生器32的第一输入端311，另一个输入端3265与保偏光纤三端环形器3242的一个输出端3263连接，器对轴角度为0°～0°；保偏光纤三端环形器3242的一个输入端作为光程发生器32的第二输入端312，另一个输出端作为光程发生器32的输出端36；
所述的Y波导2和光学干涉扫描解调装置3，以及高偏振宽谱光源之间的连接关系是：
1)Y波导2的输入端2A与高偏振宽谱光源1的起偏器18输出尾纤19用旋转连接器连接；Y波导2的第一、二输出通道2B、2C的输出保偏尾纤22、23，分别与光学干涉扫描解调装置3的两个输入端311、312使用旋转连接器连接；
2)光学干涉扫描解调装置3的光程发生器32的两个输出端331、332连接光电探测器341、342，将转换的电信号送给偏振串音检测与记录装置4进行处理；
所述的Y波导器件2的偏振串音识别与处理算法是：
1)Y波导2的输入保偏尾纤21长度lW-i与两个输出保偏尾纤长度lW-o-1、lW-o-2产生的光程，分别要求满足下式：
SW-i＝lW-i×Δnf>Sripple (1)
SW-o-1＝lW-o-1×Δnf且SW-o-2＝lW-o-2×Δnf>SW＝lW×ΔnW (2)
其中，Δnf为保偏尾纤线性双折射，ΔnW波导芯片的线性双折射，Sripple为光源(11)二阶相干峰的光程最大值，SW是波导芯片快慢轴之间的光程差。
2)如若不满足上述条件，则分别需要给其焊接延长保偏光纤长度分别为lf-i、lf-o-1、lf-o-2，且对轴角度均为0°～0°，并满足下式：
Sf-i＝lf-i×Δnf>Sripple，Sf-o-1＝lf-o-1×Δnf且Sf-o-2＝lf-o-1×Δnf>SW＝lW×ΔnW (3)
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并记录，其值分别为输入保偏光纤21长度lW-i，输入延长保偏光纤长度lf-i，波导芯片2D长度lW，波导两个输出通道尾纤22、23长度lW-o-1、lW-o-2，并计算其光程延迟量；
4)将装置按照如上描述连接，将旋转连接器均旋转至对轴角度为0°～0°，启动光程扫描台进行扫描，获取到待测波导芯片噪声本底数据；然后操作旋转连接器20、301、302，使保偏尾纤19与保偏尾纤21对轴角度为0°～45°，保偏尾纤22、23与保偏尾纤311、312之间对轴角度均为45°～0°，启动光程扫描台进行扫描，即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。根据上面测得长度和计算所得光程延迟量，即可以确定各个偏振串音峰值含义。由于其中Y波导两个输出通道分别接在干涉仪两个不同臂上，则扫描曲线以中央干涉峰值为分界，左右两边分别表示Y波导2两个通道的偏振串音曲线图；
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测量技术对一种集成波导器件双通道同时测量装置的技术改进。现有双通道同时测量的装置图如图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，在图示的控制计算机()作用下，光程扫描台经过一次光程扫描，使干涉仪两臂光程差从Δnl经过零，扫描至-Δnl，即可获得。其
两个通道的干涉峰关系如下：
式中：I(Sout1)、I(Sout2)分别表示Y波导第一通道和第二通道的白光干涉信号幅度；Sout1、Sout2分别代表干涉仪两臂的光程扫描延迟量，I(0)out1、I(0)out2分别光程差为零时，表示白光干涉信号的最大峰值幅度；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；Sf-i、Sf-o-1、Sf-o-2、SW-i、SW-o-1、SW-o-2、SW-1、SW-2分别为输入延长光纤、第一输出通道延长光纤、第二输出通道延长光纤、波导输入尾纤、波导第一输出通道尾纤、波导第二输出通道尾纤、第一输出通道波导传输光程、第二输出通道波导传输光程所对应的光程延迟量，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-，各光程延迟量依次表示为：
Sf-i＝lf-i×Δnf
SW-i＝lW-i×Δnf
Sf-o-1＝lf-o-1×Δnf
Sf-o-2＝lf-o-2×Δnf
SW-o-1＝lW-o-1×Δnf
SW-o-2＝lW-o-2×Δnf
SW-1＝lW-1×ΔnW
SW-2＝lW-2×ΔnW，
式中，lf-i、lf-o-1、lf-o-2、lW-i、lW-o-1、lW-o-2、lW-1、lW-2分别为输入延长光纤、第一输出通道延长光纤、第二输出通道延长光纤、波导输入尾纤、波导第一输出通道尾纤、波导第二输出通道尾纤、第一输出通道波导芯片、第二输出通道波导芯片的长度，Δnf、ΔnW分别为保偏光纤和波导芯片的线性双折射；ρf-i、ρf-o-1、ρf-o-2分别为波导输入延长光纤与波导输入尾纤、第一输出通道的延长光纤与波导输出尾纤、第二输出通道的延长光纤与波导输出尾纤的焊点偏振串音功率因子，ρW-i、ρW-o-1、ρW-o-2分别为波导输入、第一输出尾纤、第二输出尾纤与波导芯片的偏振串音功率因子，分别为第一、第二通道测量的Y波导芯片偏振串音(消光比的倒数)。
由于Y波导的两个通道分别位于干涉仪两臂中，所以在偏振串音曲线图上，以中央干涉包络峰为分界线，两个通道的偏振串音峰分布在两侧，每一侧代表Y波导一个通道的特性。
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，待测集成波导调制器2的输入端2A连接高偏振宽谱光源1，其输入尾纤21与高偏振宽谱光源1的起偏器18的输出保偏尾纤对轴角度为0°～45°；Y波导输出通道2B、2C分别连接光程扫描解调装置3的输入保偏尾纤311、312，输出尾纤22、23与输入尾纤311、312对轴角度均为45°～0°；按照发明内容所描述的连接方式连接好各部分器件。
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321、322的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB；
(5)光纤耦合器工作波长为1310/1550nm，分光比50：50；
(6)光纤环形器为三端口环行器3241，插入损耗1dB，回波损耗大于55dB；
(7)光纤准直透镜371的工作波长为1550nm，它与光程扫描器372(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38大约处于100mm位置时，光程解调装置3的两臂光程差大约为零；
(8)差分探测器341、342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lw-i，判断其产生的光程差Sw-i是否大于光源光谱纹波相干峰光程Sripple，如果不满足，则需要焊接一段延长光纤lf-i，且要求Sf-i>SW。然后记录输入尾纤长度lw-i；
(2)测量并记录Y波导芯片的长度lW；
(3)测量输出尾纤长度lw-o，判断其产生的光程差Sw-o是否大于波导芯片快慢轴之间的光程差SW，如果不满足，则需要焊接一段延长光纤lf-o，且要求Sf-o>SW。然后记录输入尾纤长度lw-o；
(4)将待测器件接入搭建好的测试系统，按照上面所述的连接方式连接，将旋转连接器均旋转至对轴角度为0°～0°，启动光程扫描台进行扫描，获取到待测波导芯片噪声本底数据；然后操作旋转连接器(20，301，302)，使保偏尾纤(19)与保偏尾纤21对轴角度为0°～45°，保偏尾纤22、23与保偏尾纤311、312之间对轴角度均为45°～0°，启动光程扫描台进行扫描，即可得出Y波导双通道偏振串音分布曲线。根据上面测得长度和计算所得光程延迟量，即可以确定各个偏振串音峰值含义。由于其中Y波导两个输出通道分别接在干涉仪两个不同臂上，则扫描曲线以中央干涉峰值为分界，左右两边分别表示Y波导2两个通道的偏振串音曲线图；
(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 (1)

1.一种Y波导双通道光学性能测量装置，包括高偏振宽谱光源(1)、待测Y波导(2)、光学干涉扫描解调装置(3)、偏振串音检测与记录装置(4)，其特征是：
待测Y波导(2)的第一通道(2B)输出保偏尾纤(22)、第二通道(2C)输出保偏尾纤(23)分别与光学干涉扫描解调装置(3)的第一输入端(311)、第二输入端(312)连接，构成马赫-泽德干涉仪；
光学干涉扫描解调装置(3)依次由光程发生器(32)、光程扫描装置(37)和光电探测器(341，342)连接构成；
光学干涉扫描解调装置(3)的光程扫描台(372)通过一次光程扫描，偏振串音检测与记录装置(4)即检测到光学干涉扫描解调装置(3)的输出端的光电探测器(341，342)输出的光信号，利用内置的Y波导(2)偏振串音识别与处理，同时记录与处理Y波导(2)的第一、二输出通道(2B，2C)的偏振串音数据，一次获得其全部光学性能，包括：Y波导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；
所述的光学干涉扫描解调装置(3)的光程发生器(32)的第一输入端(311)、第二输入端(312)分别通过旋转连接器(301，302)连接待测Y波导(2)的第一、二输出通道延长保偏尾纤(22，23)，与待测Y波导(2)构成马赫-泽德白光干涉仪；光学干涉扫描解调装置(3)的光程发生器(32)的一个输出端(36)连接光程扫描装置(37)的光纤准直透镜(371)；光学干涉扫描解调装置(3)的光程发生器(32)另外两个光信号输出端(331，332)分别连接光电探测器(341，342)；光学干涉扫描解调装置(3)的光程扫描装置(37)由光纤准直透镜(371)和光程扫描台(372)构成；
所述的光程发生器(32)，由检偏器(321，322)、单模光纤三端环形器(3241)和单模光纤耦合器(3271)组成，其构成元件的连接关系是：
单模光纤耦合器的两个输入端(3261，3262)分别连接检偏器(321)的输出端和三端单模光纤环形器(3241)的一个输出端；三端单模光纤环形器(3241)一个输入端(323)与检偏器(322)连接，一个输出端作为光程发生器(32)的输出端(36)；检偏器(321，322)的保偏输入尾纤分别作为光程发生器(32)的第一输入端(311)、第二输入端(312)；
或所述的光程发生器(32)，由检偏器(321，322)、保偏光纤三端环形器(3242)和保偏光纤耦合器(3272)组成，其构成元件连接关系是：
保偏光纤耦合器(3272)两个输出端(3281，3282)分别与检偏器(321，322)的输入端保偏尾纤(3211，3212)连接，其对轴角度为0°～0°；检偏器的两个输出端(331，332)和保偏光纤耦合器的一个输出端分别作为光程发生器(32)的三个输入端，第四个输入端连接保偏光纤三端环形器(3242)的一个输出端(3263)，其对轴角度为0°～0°；保偏光纤三端环形器(3242)的一个输入端作为光程发生器(32)第二输入端(312)，另一个输出端作为光程发生器(32)的输出端(36)；
或所述的光程发生器(32)，由偏振分束器(3273)和保偏光纤三端环形器(3242)组成，其构成元件的连接关系是：
偏振分束器(3273)两个输出端作为光程发生器(32)的输出端(331，332)；偏振分束器(3273)的一个输入端作为光程发生器(32)的第一输入端(311)，另一个输入端(3265)与保偏光纤三端环形器(3242)的一个输出端(3263)连接，其对轴角度为0°～0°；保偏光纤三端环形器(3242)的一个输入端作为光程发生器(32)的第二输入端(312)，另一个输出端作为光程发生器(32)的输出端(36)；
所述的Y波导(2)和光学干涉扫描解调装置(3)，以及高偏振宽谱光源之间的连接关系是：Y波导(2)的输入端(2A)与高偏振宽谱光源(1)的起偏器(18)输出尾纤(19)用旋转连接器连接；Y波导(2)的第一、二输出通道(2B，2C)的输出保偏尾纤(22，23)，分别与光学干涉扫描解调装置(3)的光程发生器(32)的两个输入端(311，312)使用旋转连接器连接；光学干涉扫描解调装置(3)的两个输出端(331，332)连接光电探测器(341，342)，将转换的电信号送给偏振串音检测与记录装置(4)进行处理；
所述的Y波导的输入保偏尾纤长度lW-i与两个输出保偏尾纤长度lW-o-1、lW-o-2产生的光程，分别要求满足下式：
SW-i＝lW-i×Δnf>Sripple
SW-o-1＝lW-o-1×Δnf且SW-o-2＝lW-o-2×Δnf>SW＝lW×ΔnW
其中，Δnf为保偏尾纤线性双折射，ΔnW波导芯片的线性双折射，Sripple为光源二阶相干峰的光程最大值，SW是波导芯片快慢轴之间的光程差；
如若不满足上述条件，则分别需要给其焊接延长保偏光纤长度分别为lf-i、lf-o-1、lf-o-2，且对轴角度均为0°～0°，并满足下式：
Sf-i＝lf-i×Δnf>Sripple，Sf-o-1＝lf-o-1×Δnf且Sf-o-2＝lf-o-1×Δnf>SW＝lW×ΔnW；
两个通道的干涉峰关系如下：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>I</mi> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>I</mi> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msqrt> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mo>-</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </msqrt> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mo>-</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msqrt> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mo>-</mo> 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式中：I(Sout1)、I(Sout2)分别表示Y波导第一通道和第二通道的白光干涉信号幅度；Sout1、Sout2分别代表干涉仪两臂的光程扫描延迟量，I(0)out1、I(0)out2分别光程差为零时，表示白光干涉信号的最大峰值幅度；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；Sf-i、Sf-o-1、Sf-o-2、SW-i、SW-o-1、SW-o-2、SW-1、SW-2分别为输入延长光纤、第一输出通道延长光纤、第二输出通道延长光纤、波导输入尾纤、波导第一输出通道尾纤、波导第二输出通道尾纤、第一输出通道波导传输光程、第二输出通道波导传输光程所对应的光程延迟量，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-，各光程延迟量依次表示为：
Sf-i＝lf-i×Δnf
SW-i＝lW-i×Δnf
Sf-o-1＝lf-o-1×Δnf
Sf-o-2＝lf-o-2×Δnf
SW-o-1＝lW-o-1×Δnf
SW-o-2＝lW-o-2×Δnf
SW-1＝lW-1×ΔnW
SW-2＝lW-2×ΔnW，
式中，lf-i、lf-o-1、lf-o-2、lW-i、lW-o-1、lW-o-2、lW-1、lW-2分别为输入延长光纤、第一输出通道延长光纤、第二输出通道延长光纤、波导输入尾纤、波导第一输出通道尾纤、波导第二输出通道尾纤、第一输出通道波导芯片、第二输出通道波导芯片的长度，Δnf、ΔnW分别为保偏光纤和波导芯片的线性双折射；ρf-i、ρf-o-1、ρf-o-2分别为波导输入延长光纤与波导输入尾纤、第一输出通道的延长光纤与波导输出尾纤、第二输出通道的延长光纤与波导输出尾纤的焊点偏振串音功率因子，ρW-i、ρW-o-1、ρW-o-2分别为波导输入、第一输出尾纤、第二输出尾纤与波导芯片的偏振串音功率因子，分别为第一、第二通道测量的Y波导芯片偏振串音。
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