CN105115699B - 一种单模光纤线性双折射测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单模光纤线性双折射测量装置，包括：偏振光源（1）、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤（6）、偏振分束器（7）、光功率计（8）以及工控机（9）；偏振光源的输出尾纤位于第一准直透镜的焦点，第一旋光晶体安置在第一准直透镜与第二准直透镜之间，第一旋光晶体上绕制第一螺线管，第一螺线管与第一可调直流电源连接；待测单模光纤的一端位于第二准直透镜的焦点，另一端位于第三准直透镜的焦点；第二旋光晶体安置在第三准直透镜和第四准直透镜之间，第二旋光晶体上绕制第二螺线管，第二螺线管与第二可调直流电源连接；本发明极大地提高单模光纤线性双折射的测量精度、同时结构简单能够广泛应用在实际操作中。
Description
技术领域
本发明涉及一种单模光纤线性双折射测量装置及方法，属于单模光纤偏振测量技术领域。
背景技术
单模光纤可以传输两个具有相同传播常数的正交偏振模式，它们经过相互简并后能够形成单一的偏振光矢量；然而，在单模光纤的实际使用中，由于受到单模光纤内部残余应力、纤芯椭圆度和外界温度波动等因素的影响，正交偏振模式的传播常数不再相同，这两个模式在传输过程中将产生附加的相位差，导致其合成偏振沿光纤的长度方向发生变化，出现双折射现象。
如果单模光纤对线偏振光的两个正交偏振分量的传播常数不同，则将出现线性双折射现象；如果单模光纤对输出的左旋和右旋圆偏振光的传播常数不同，则将出现圆双折射现象。
研究表明：圆双折射现象可以利用其互易性进行消除；而线性双折射常见于各种精密光学传感系统(比如光纤电流互感器)，由此产生的偏振误差往往很难消除，极大地降低传感系统的稳定性。因此，为了有效消除单模光纤线性双折射引起的偏振误差，需要研究线性双折射的准确测量方法。
现有技术1公开了一种双折射测量装置(公开号为CN102706809A)包括以下部件：采用方波调制的准直光源、圆起偏器、双折射样品、沃拉斯顿棱镜和双象限探测器等；在这个装置中，双折射样品传播由圆起偏器形成的圆偏振光，根据线性双折射和圆双折射的定义可知，在双折射样品中主要出现圆双折射，而非线性双折射，换言之，该装置更适用于圆双折射的测量；另外，该装置的测量精度直接取决于圆起偏器的性能，其信号处理方法将双折射样品的双折射主轴与沃拉斯顿棱镜的偏振主轴进行同轴假设，在实际运用中具有较大的局限性。
现有技术2(参见“基于波长扫描调制法测量保偏光纤的偏振特性”，王韩毅等，《光电子激光》，第18卷第11期)描述了一种基于波长扫描调制法的线性双折射测量装置，该装置由宽带可调谐激光器、掺铒光纤放大器、偏振分光棱镜、待测光纤、沃拉斯顿棱镜和光功率计等组成，其工作原理是通过测量输出光波信号随波长的归一化功率，获取线性双折射与波长的调制关系曲线，在此基础上，利用拟合算法计算出线性双折射，然而，由于单模光纤存在着色散问题，这种装置的测量精度非常有限。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种单模光纤线性双折射测量装置及方法，极大提高单模光纤线性双折射的测量精度、同时结构简单能够广泛应用在实际操作中。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单模光纤线性双折射测量装置，它包括：
偏振光源、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤、偏振分束器、光功率计以及工控机；
所述偏振光源的输出尾纤位于第一准直透镜的焦点，第一旋光晶体安置在第一准直透镜与第二准直透镜之间，第一旋光晶体上绕制第一螺线管，第一螺线管与第一可调直流电源连接；
所述待测单模光纤的一端位于第二准直透镜的焦点，另一端位于第三准直透镜的焦点；第二旋光晶体安置在第三准直透镜和第四准直透镜之间，第二旋光晶体上绕制第二螺线管，第二螺线管与第二可调直流电源连接；
所述偏振分束器的输入尾纤Ⅰ位于第四准直透镜的焦点、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ均与光功率计连接；
所述光功率计与工控机通过RS232数据线连接。
所述偏振光源输出消光比为40dB的线偏振光，它的输出尾纤1-1为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
所述的第一准直透镜、第一旋光晶体和第二准直透镜在空间上相对独立，三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。
所述的第三准直透镜、第二旋光晶体和第四准直透镜在空间上相对独立，三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。
所述的待测单模光纤为长度3.0m的单模光纤。
所述的偏振分束器的输入尾纤为长度0.3m的单模光纤、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ均为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
所述的光功率计的工作波长范围为800nm-1700nm、具备双采集通道和RS232接口、采样频率为4096Hz。
所述的第一准直透镜输出束腰直径为2.1mm的平行线偏振光束，第一准直透镜和第二准直透镜的间距为20mm，第一旋光晶体的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为1°/A；第一螺线管的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制匝数为36匝。
所述的第三准直透镜输出束腰直径为2.1mm的平行椭圆偏振光束，第三准直透镜和第四准直透镜的间距为20mm，第二旋光晶体的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为1°/A；第二螺线管的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制匝数为36匝。
一种单模光纤线性双折射测量方法，包括以下步骤：
1、所述的偏振光源输出线偏振光，经过第一准直透镜后形成平行线偏振光束，当第一可调直流电源向第一螺线管通入电流时，所形成的平行线偏振光束在垂直进入第一旋光晶体后发生偏振面旋转，并经过第二准直透镜汇聚进入待测单模光纤；
2、由于待测单模光纤存在线性双折射，输入的线偏振光在经过待测单模光纤后演化成椭圆偏振光输出；输出的椭圆偏振光经过第三准直透镜形成平行椭圆偏振光束，当第二可调直流电源向第二螺线管通入电流时，所形成的平行椭圆偏振光束垂直进入第二旋光晶体后发生偏振面旋转，并经过第四准直透镜汇聚进入偏振分束器的输入尾纤；
3、偏振分束器将输入的椭圆偏振光分解成正交的两束线偏振光，经过偏振分束器的输出尾纤Ⅰ、Ⅱ进入功率计测量；
4、光功率计将测量得到的两路正交信号数据通过RS232数据线传送到工控机上处理；
其中，经过四次测量，分别为：
1)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流I11，I11为750mA，使得输入第一旋光晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；
第二可调直流电源向第二螺线管通入电流I12，I12为1500mA，使得输入第二旋光晶体的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output1＝cos(2α+45°)sin2κ-sin(2α+45°)cos2κcosδ
其中，α为偏振光源的输出尾纤的偏振主轴与待测单模光纤的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤的双折射主轴和偏振分束器的偏振主轴之间的夹角，δ为待测单模光纤的线性双折射；
2)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流I21，I21为2250mA，使得输入第一旋光晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；
第二可调直流电源向第二螺线管通入电流I22，I22为1500mA，使得输入第二旋光晶体的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output2＝-sin(2α+45°)sin2κ-cos(2α+45°)cos2κcosδ
3)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流I31，I31为750mA，使得输入第一旋光晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；
第二可调直流电源向第二螺线管通入电流I32，I32为3000mA，使得输入第二旋光晶体的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output3＝-cos(2α+45°)cos2κ-sin(2α+45°)sin2κcosδ
4)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流I41，I41为2250mA，使得输入第一旋光晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；
第二可调直流电源向第二螺线管通入电流I42，I42为3000mA，使得输入第二旋光晶体的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output4＝-sin(2α+45°)cos2κ+cos(2α+45°)sin2κcosδ
5)求解出输出结果output1和output2的平方和sum1，并求解出输出结果output3和output4的平方和sum2，分别为：
sum1＝(sin2κ)2+(cos2κ)2(cosδ)2
sum2＝(cos2κ)2+(sin2κ)2(cosδ)2
6)由于待测单模光纤的线性双折射δ∈[0°,90°]，所以δ的计算式为：
从而得出线性双折射δ的值。
与现有的技术相比，本发明能够有效消除测量装置中不同组件之间偏振主轴的夹角(α和κ)对单模光纤线性双折射(δ)的影响，在测量方法中避免了同轴假设，极大地提高了单模光纤线性双折射的测量精度；
此外，这种测量装置的光路结构简单，均采用常规组件，可广泛应用在实际操作中；
测量方法具有较高的测量精度，能够为光学传感系统的偏振误差抑制策略研究提供技术支撑，为进一步提高光学传感系统的测量性能进行技术准备。
附图说明
图1是本发明原理示意图。
图中：1、偏振光源，1-1、偏振光源1的输出尾纤，2-1、第一准直透镜，2-2、第二准直透镜，2-3、第三准直透镜，2-4、第四准直透镜，3-1、第一旋光晶体，3-2、第二旋光晶体，4-1、第一螺旋管，4-2、第二螺旋管，5-1、第一可调直流电源，5-2、第二可调直流电源，6、待测单模光纤，7、偏振分束器，7-1、偏振分束器7的输入尾纤，7-2、偏振分束器7的输出尾纤Ⅰ，7-3、偏振分束器7的输出尾纤Ⅱ，8、光功率计，9、工控机，10、RS232数据线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
其中，本发明以附图1为基准，附图1的左、右、上、下、中心、焦点为本发明的左、右、上、下、中心、焦点。应注意到的是：除非另外具体说明，否则本实施例中阐述的部件的相对布置、数值等不限于本发明的范围。
如图1所示，一种单模光纤线性双折射测量装置，它包括：
偏振光源1、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤6、偏振分束器7、光功率计8以及工控机9；
其中，准直透镜为第一准直透镜2-1、第二准直透镜2-2、第三准直透镜2-3和第四准直透镜2-4的统称；
旋光晶体为第一旋光晶体3-1、第二旋光晶体3-2的统称；
螺线管为第一螺旋管4-1、第二螺旋管4-2的统称；
可调直流电源为第一可调直流电源5-1、第二可调直流电源5-2的统称；
所述偏振光源1的输出尾纤1-1位于第一准直透镜2-1的焦点，第一旋光晶体3-1安置在第一准直透镜2-1与第二准直透镜2-2之间，第一旋光晶体3-1上绕制第一螺线管4-1，第一螺线管4-1与第一可调直流电源5-1连接；
所述待测单模光纤6的一端位于第二准直透镜2-2的焦点，另一端位于第三准直透镜2-3的焦点；第二旋光晶体3-2安置在第三准直透镜2-3和第四准直透镜2-4之间，第二旋光晶体3-2上绕制第二螺线管4-2，第二螺线管4-2与第二可调直流电源5-2连接；
所述偏振分束器7的输入尾纤7-1位于第四准直透镜2-4的焦点、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ7-2、7-3均与光功率计8连接；
所述光功率计8与工控机9通过RS232数据线10连接。
其中，所述偏振光源1输出消光比为40dB的线偏振光，它的输出尾纤1-1为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
其中，所述的第一准直透镜2-1、第一旋光晶体3-1和第二准直透镜2-2在空间上相对独立，三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。所述的第一准直透镜2-1输出束腰直径为2.1mm的平行线偏振光束，第一准直透镜2-1和第二准直透镜2-2的间距为20mm，第一旋光晶体3-1的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为1°/A；第一螺线管4-1的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制匝数为36匝。
所述的第三准直透镜2-3、第二旋光晶体3-2和第四准直透镜2-4在空间上相对独立，三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。所述的第三准直透镜2-3输出束腰直径为2.1mm的平行椭圆偏振光束，第三准直透镜2-3和第四准直透镜2-4的间距为20mm，第二旋光晶体3-2的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为1°/A；第二螺线管4-2的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制匝数为36匝。
其中，所述的待测单模光纤6为长度3.0m的单模光纤，型号为LB1550-125。
其中，所述的偏振分束器7的输入尾纤7-1为长度0.3m的单模光纤、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ7-2、7-3均为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
其中，所述的光功率计8的工作波长范围为800nm-1700nm、具备双采集通道和RS232接口、采样频率为4096Hz。
本发明还包括一种利用本装置进行的测量方法，包括以下步骤：
1、所述的偏振光源1输出线偏振光，经过第一准直透镜2-1后形成平行线偏振光束，当第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流时，所形成的平行线偏振光束在垂直进入第一旋光晶体3-1后发生偏振面旋转，并经过第二准直透镜2-2汇聚进入待测单模光纤6；
2、由于待测单模光纤6存在线性双折射，输入的线偏振光在经过待测单模光纤6后演化成椭圆偏振光输出；输出的椭圆偏振光经过第三准直透镜2-3形成平行椭圆偏振光束，当第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流时，所形成的平行椭圆偏振光束垂直进入第二旋光晶体3-2后发生偏振面旋转，并经过第四准直透镜2-4汇聚进入偏振分束器7的输入尾纤7-1；
3、偏振分束器7将输入的椭圆偏振光分解成正交的两束线偏振光，经过偏振分束器7的输出尾纤Ⅰ、Ⅱ7-2、7-3进入功率计8测量；
4、光功率计8将测量得到的两路正交信号数据通过RS232数据线10传送到工控机9上处理；
其中，该过程经过四次测量，分别为：
1)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I11，I11为750mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；
第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I12，I12为1500mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output1＝cos(2α+45°)sin2κ-sin(2α+45°)cos2κcosδ
其中，α为偏振光源1的输出尾纤1-1的偏振主轴与待测单模光纤6的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤6的双折射主轴和偏振分束器7的偏振主轴之间的夹角，δ为待测单模光纤6的线性双折射；
2)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I21，I21为2250mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；
第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I22，I22为1500mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output2＝-sin(2α+45°)sin2κ-cos(2α+45°)cos2κcosδ
3)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I31，I31为750mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；
第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I32，I32为3000mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output3＝-cos(2α+45°)cos2κ-sin(2α+45°)sin2κcosδ
4)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I41，I41为2250mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；
第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I42，I42为3000mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output4＝-sin(2α+45°)cos2κ+cos(2α+45°)sin2κcosδ
5)求解出输出结果output1和output2的平方和sum1，并求解出输出结果output3和output4的平方和sum2，分别为：
sum1＝(sin2κ)2+(cos2κ)2(cosδ)2
sum2＝(cos2κ)2+(sin2κ)2(cosδ)2
6)由于待测单模光纤6的线性双折射δ∈[0°,90°]，所以δ的计算式为：
从而得出线性双折射δ的值。
本发明的工作原理如下：
所述的偏振光源1输出的线偏振光矢量为E＝[Ex；Ey]，当偏振光源1的消光比为40dB时，Ey为0；
当第一旋光晶体3-1将平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°时，它的琼斯矩阵为J22.5；
当第二旋光晶体3-2将平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°时，它的琼斯矩阵为J45；
当第一旋光晶体3-1将平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°时，它的琼斯矩阵为J67.5；
当第二旋光晶体3-2将平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°时，它的琼斯矩阵为J90；
偏振光源1的输出尾纤1-1的偏振主轴与待测单模光纤6的双折射主轴之间的夹角为α，两者之间的转换矩阵为Jα；
待测单模光纤6的双折射主轴与偏振分束器7的偏振主轴之间的夹角为κ，两者之间的转换矩阵为Jκ；待测单模光纤6存在线性双折射δ，它的琼斯矩阵为Jδ。
因此，上述的各个矩阵分别为：
1)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I11，I11为750mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I12，I12为1500mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°。在这种情况下，测量装置的输出光矢量E1＝[E1x；E1y]为：
E1＝Jκ·J45·Jδ·Jα·J22.5·E
光功率计7测量得到的光功率值P1＝[P1x；P1y]为：
在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据P1x和P1y进行处理，得到的输出结果为：
output1＝cos(2α+45°)sin2κ-sin(2α+45°)cos2κcosδ
2)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I21，I21为2250mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I22，I22为1500mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在这种情况下，测量装置的输出光矢量E2＝[E2x；E2y]为：
E2＝Jκ·J45·Jδ·Jα·J67.5·E
光功率计7测量得到的光功率值P2＝[P2x；P2y]为：
在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据P2x和P2y进行处理，得到的输出结果为：
output2＝-sin(2α+45°)sin2κ-cos(2α+45°)cos2κcosδ
3)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I31，I31为750mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I32，I32为3000mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在这种情况下，测量装置的输出光矢量E3＝[E3x；E3y]为：
E3＝Jκ·J90·Jδ·Jα·J22.5·E
光功率计7测量得到的光功率值P3＝[P3x；P3y]为：
在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据P3x和P3y进行处理，得到的输出结果为：
output3＝-cos(2α+45°)cos2κ-sin(2α+45°)sin2κcosδ
4)第一可调直流电源5-1向第一螺线管4-1通入电流I41，I41为2250mA，使得输入第一旋光晶体3-1的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；第二可调直流电源5-2向第二螺线管4-2通入电流I42，I42为3000mA，使得输入第二旋光晶体3-2的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在这种情况下，测量装置的输出光矢量E4＝[E4x；E4y]为：
E4＝Jκ·J90·Jδ·Jα·J67.5·E
光功率计7测量得到的光功率值P4＝[P4x；P4y]为：
在工控机9上根据外差法对光功率计8传送的两路正交信号数据P4x和P4y进行处理，得到的输出结果为：
output4＝-sin(2α+45°)cos2κ+cos(2α+45°)sin2κcosδ
5)求解出输出结果output1和output2的平方和sum1，并求解出输出结果output3和output4的平方和sum2，分别为：
sum1＝(sin2κ)2+(cos2κ)2(cosδ)2
sum2＝(cos2κ)2+(sin2κ)2(cosδ)2
6)由于待测单模光纤6的线性双折射δ∈[0°,90°]，所以δ的计算式为：
即可得出待测单模光纤6的线性双折射δ的值。
综上所述，本装置的光路结构简单，均采用常规组件，可广泛应用在实际操作中，所采用的测量方法能够有效地消除不同组件之间偏振主轴的角度对单模光纤线性双折射测量的影响，避免了同轴假设，极大地提高了单模光纤线性双折射的测量精度；能够为光学传感系统中偏振误差抑制策略研究提供技术支撑，为进一步提高光学传感系统的测量性能进行技术准备。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量装置包括：偏振光源(1)、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤(6)、偏振分束器(7)、光功率计(8)以及工控机(9)；所述偏振光源(1)的输出尾纤(1-1)位于第一准直透镜(2-1)的焦点，第一旋光晶体(3-1)安置在第一准直透镜(2-1)与第二准直透镜(2-2)之间，第一旋光晶体(3-1)上绕制第一螺线管(4-1)，第一螺线管(4-1)与第一可调直流电源(5-1)连接；所述待测单模光纤(6)的一端位于第二准直透镜(2-2)的焦点，另一端位于第三准直透镜(2-3)的焦点；第二旋光晶体(3-2)安置在第三准直透镜(2-3)和第四准直透镜(2-4)之间，第二旋光晶体(3-2)上绕制第二螺线管(4-2)，第二螺线管(4-2)与第二可调直流电源(5-2)连接；所述偏振分束器(7)的输入尾纤(7-1)位于第四准直透镜(2-4)的焦点、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7-2、7-3)均与光功率计(8)连接；所述光功率计(8)与工控机(9)通过RS232数据线(10)连接，所述测量方法包括以下步骤：
1、所述偏振光源(1)输出线偏振光，经过第一准直透镜(2-1)后形成平行线偏振光束，当第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流时，所形成的平行线偏振光束在垂直进入第一旋光晶体(3-1)后发生偏振面旋转，并经过第二准直透镜(2-2)汇聚进入待测单模光纤(6)；
2、由于待测单模光纤(6)存在线性双折射，输入的线偏振光在经过待测单模光纤(6)后演化成椭圆偏振光输出；输出的椭圆偏振光经过第三准直透镜(2-3)形成平行椭圆偏振光束，当第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流时，所形成的平行椭圆偏振光束垂直进入第二旋光晶体(3-2)后发生偏振面旋转，并经过第四准直透镜(2-4)汇聚进入偏振分束器(7)的输入尾纤(7-1)；
3、偏振分束器(7)将输入的椭圆偏振光分解成正交的两束线偏振光，经过偏振分束器(7)的输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7-2、7-3)进入功率计(8)测量；
4、光功率计(8)将测量得到的两路正交信号数据通过RS232数据线(10)传送到工控机(9)上处理；
其中，经过四次测量，分别为：
1)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I11，I11为750mA，使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；
第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I12，I12为1500mA，使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output1＝cos(2α+45°)sin2κ-sin(2α+45°)cos2κcosδ
其中，α为偏振光源(1)的输出尾纤(1-1)的偏振主轴与待测单模光纤(6)的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤(6)的双折射主轴和偏振分束器(7)的偏振主轴之间的夹角，δ为待测单模光纤(6)的线性双折射；
2)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I21，I21为2250mA，使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；
第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I22，I22为1500mA，使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output2＝-sin(2α+45°)sin2κ-cos(2α+45°)cos2κcosδ
3)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I31，I31为750mA，使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；
第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I32，I32为3000mA，使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
outpu3＝-cos(2α+45°)cos2κ-sin(2α+45°)sin2κcosδ
4)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I41，I41为2250mA，使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I42，I42为3000mA，使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
output4＝-sin(2α+45°)cos2κ+cos(2α+45°)sin2κcosδ
5)求解出输出结果output1和output2的平方和sum1，并求解出输出结果output3和output4的平方和sum2，分别为：
sum1＝(sin2κ)2+(cos2κ)2(cosδ)2
sum2＝(cos2κ)2+(sin2κ)2(cosδ)2
6)由于待测单模光纤(6)的线性双折射δ∈[0°,90°]，所以δ的计算式为：
δ=arccos(sum1+sum2-1)
从而得出线性双折射δ的值。
2.根据权利要求1所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述偏振光源(1)输出消光比为40dB的线偏振光，它的输出尾纤1-1为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
3.根据权利要求1所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的第一准直透镜(2-1)、第一旋光晶体(3-1)和第二准直透镜(2-2)在空间上相对独立，三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。
4.根据权利要求1所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的第三准直透镜(2-3)、第二旋光晶体(3-2)和第四准直透镜(2-4)在空间上相对独立，三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。
5.根据权利要求1所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的待测单模光纤(6)为长度3.0m的单模光纤。
6.根据权利要求1所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的偏振分束器(7)的输入尾纤(7-1)为长度0.3m的单模光纤、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7-2、7-3)均为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
7.根据权利要求1所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的光功率计(8)的工作波长范围为800nm-1700nm、具备双采集通道和RS232接口、采样频率为4096Hz。
8.根据权利要求3所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的第一准直透镜(2-1)输出束腰直径为2.1mm的平行线偏振光束，第一准直透镜(2-1)和第二准直透镜(2-2)的间距为20mm，第一旋光晶体(3-1)的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为1°/A；第一螺线管(4-1)的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制匝数为36匝。
9.根据权利要求4所述的一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述的第三准直透镜(2-3)输出束腰直径为2.1mm的平行椭圆偏振光束，第三准直透镜(2-3)和第四准直透镜(2-4)的间距为20mm，第二旋光晶体(3-2)的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为1°/A；第二螺线管(4-2)的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制匝数为36匝。
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