CN105136680A - 一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，包括宽带光源、偏振控制器、高速偏振态分析仪、偏振分束器、光谱分析仪以及工控机；宽带光源的输出接口与偏振控制器的输入尾纤连接，偏振控制器的输出尾纤与高速偏振态分析仪的输入接口连接，高速偏振态分析仪的输出接口与待测单模光纤连接，待测单模光纤同时作为偏振分束器的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤与光谱分析仪连接，光谱分析仪与工控机通过RS232数据线连接；同时还包括一种测量方法，本装置和方法能够消除线偏振光的偏振方向与单模光纤的双折射主轴之间的夹角对线性双折射测量的影响，也能够量化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，实现单模光纤线性双折射的高精度测量。

Description

一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于偏振控制的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

一束线偏振光波在单模光纤中传播时会分解成两个相互垂直的偏振模式，在理想情况下，这两个正交的偏振模式具有相同的传播常数，换言之，这两个正交的偏振模式能够简并；然而，在实际单模光纤中，这两个正交的偏振模式一般不具有相同的传播常数，它们的合成偏振将沿着单模光纤长度方向不断变化，形成单模光纤的线性双折射。

单模光纤的线性双折射可分为固有线性双折射和诱导线性双折射，其中；固有线性双折射来自于单模光纤制备过程中纤芯由圆变成椭圆产生的波导形状双折射以及单模光纤内部应力引起的应力双折射；诱导线性双折射通常由单模光纤受弯曲或者非对称的横向压力等因素导致。

单模光纤的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的核心部分是基于低双折射单模光纤的敏感环路，因外界温度波动或振动等因素导致的线性双折射不仅会湮没有用信号，降低测量灵敏度，而且会破坏系统的线性性质，降低测量精度。

目前，单模光纤的线性双折射可以通过引入圆双折射进行抑制，圆双折射能够采用多种有效的引入方法，包括采用结构螺旋光纤、扭转低双折射光纤或者扭转高双折射光纤等，然而，引入的圆双折射还不能够准确量化，这就直接弱化了对线性双折射的抑制效果；由于精密光学传感系统测量精度、圆双折射和线性双折射这三者的数学关系往往能够被建立，并且系统测量精度要求通常是事先确定，所以准确量化圆双折射的基础是实现线性双折射的准确测量。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法，能够实现单模光纤线性双折射的准确测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，它包括：

宽带光源、偏振控制器、高速偏振态分析仪、待测单模光纤、偏振分束器、光谱分析仪以及工控机；

所述宽带光源的输出接口与偏振控制器的输入尾纤连接，偏振控制器的输出尾纤与高速偏振态分析仪的输入接口连接，高速偏振态分析仪的输出接口与待测单模光纤连接；

所述待测单模光纤同时作为偏振分束器的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤Ⅰ和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ分别与光谱分析仪连接，光谱分析仪通过RS232数据线与工控机连接。

所述的宽带光源的输出光波的波长范围为1550±20nm，3dB谱宽≥50nm。

所述的偏振控制器为三环型机械式偏振控制器。

所述的高速偏振态分析仪最大采样速率为625KS/s，能够实时监测输入光波的偏振态变化。

所述的待测单模光纤为长度4.0m的低双折射单模光纤。

所述的偏振分束器的消光比≥30dB。

所述的光谱分析仪的波长测试范围为600nm至1700nm，功率测试量程为+20dBm至-90dBm，波长测试分辨率为0.02nm，波长测试精度为±0.01nm。

本发明还包括一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量方法，

宽带光源的输出光波被偏振控制器调制，调制光波输入高速偏振态分析仪，高速偏振态分析仪实时监测调制光波的偏振态，当高速偏振态分析仪监测到的调制光波为所需的偏振光波时，停止偏振控制器的调制；

从高速偏振态分析仪输出的偏振光波进入待测单模光纤，由于待测单模光纤存在线性双折射，输入的偏振光波经过待测单模光纤后将演化成椭圆偏振光波输出；

输出的椭圆偏振光波进入偏振分束器并被分解成两束正交的线偏振光波，这两束正交的线偏振光波分别通过偏振分束器的输出尾纤Ⅰ和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ输出，依次由光谱分析仪进行测试，最后将测试数据通过RS232数据线传输到工控机上进行处理；

其中，所述宽带光源输出的光波经过两次调制：

1)利用偏振控制器和高速偏振态分析仪将宽带光源输出的光波调制成0°线偏振光波，并输入待测单模光纤；

定义宽带光源输出光波的波长范围为λ₁至λ₂，对于波长为λ_i的光波λ_i∈[λ₁,λ₂]，在工控机上对光谱分析仪传送的两路正交信号数据P_1x(λ_i)和P_1y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi1\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=\cos 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\sin 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

其中，θ为线偏振光波的偏振方向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(λ_i)为在输入光波的波长等于λ_i时待测单模光纤的线性双折射；

2)利用偏振控制器和高速偏振态分析仪将宽带光源输出的光波调制成45°线偏振光波，并输入待测单模光纤；对于波长为λ_i的光波，在工控机7上对光谱分析仪传送的两路正交信号数据P_2x(λ_i)和P_2y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi2\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=-\sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\cos 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

3)求解出输出结果ceshi1(λ_i)和ceshi2(λ_i)的平方和output(λ_i)为：

output(λ_i)＝1-{sin[δ(λ_i)]}²·(sin2κ)²

4)在上述output(λ_i)的表达式中，(sin2κ)²为定值，{sin[δ(λ_i)]}²随着波长λ_i∈[λ₁,λ₂]的变化呈现出周期性变化；

当{sin[δ(λ_i)]}²等于1时，output(λ_i)最小，并将其定义为min，据此求解出(sin2κ)²，即：

(sin2κ)²＝1-min

5)根据上述结果，可以求解出特定波长λ_c∈[λ₁,λ₂]对应的待测单模光纤的线性双折射δ(λ_c)，并且考虑到δ(λ_c)∈[0,π/2]，则有：

$\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_c\right)=arcsin\sqrt{\frac{1-output\left({\mathrm{\λ}}_c\right)}{1-min}}$

从而得出线性双折射δ(λ_c)的值。

与现有的技术相比，本发明不仅能够消除线偏振光的偏振方向与单模光纤的双折射主轴之间的夹角对线性双折射测量的影响，也能够量化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，实现单模光纤线性双折射的高精度测量；

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、宽带光源，2、偏振控制器，2-1、偏振控制器输入尾纤，2-2、偏振控制器输出尾纤，3、高速偏振态分析仪，4、待测单模光纤，5、偏振分束器，5-1、偏振分束器的输出尾纤Ⅰ，5-2、偏振分束器的输出尾纤Ⅱ，6、光谱分析仪，7、工控机，8、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，一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，它包括：

宽带光源1、偏振控制器2、高速偏振态分析仪3、待测单模光纤4、偏振分束器5、光谱分析仪6以及工控机7；

所述宽带光源1的输出接口与偏振控制器的输入尾纤2-1连接，偏振控制器的输出尾纤2-2与高速偏振态分析仪3的输入接口连接，高速偏振态分析仪3的输出接口与待测单模光纤4连接；

所述待测单模光纤4同时作为偏振分束器5的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤Ⅰ5-1和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ5-2分别与光谱分析仪6连接，光谱分析仪6通过RS232数据线8与工控机7连接。

其中，所述的宽带光源1的输出光波的波长范围为1550±20nm，3dB谱宽≥50nm；所述的偏振控制器2为三环型机械式偏振控制器。

高速偏振态分析仪3最大采样速率为625KS/s，能够实时监测输入光波的偏振态变化。

所述的待测单模光纤4为长度4.0m的低双折射单模光纤。

所述的偏振分束器5的消光比≥30dB。

光谱分析仪6的波长测试范围为600nm至1700nm，功率测试量程为+20dBm至-90dBm，波长测试分辨率为0.02nm，波长测试精度为±0.01nm。

其中，一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量方法，该方法利用上述的测量装置进行测量：

宽带光源1的输出光波被偏振控制器2调制，调制光波输入高速偏振态分析仪3，高速偏振态分析仪3实时监测调制光波的偏振态，当高速偏振态分析仪3监测到的调制光波为所需的偏振光波时，停止偏振控制器2的调制；

从高速偏振态分析仪3输出的偏振光波进入待测单模光纤4，由于待测单模光纤4存在线性双折射，输入的偏振光波经过待测单模光纤4后将演化成椭圆偏振光波输出；

输出的椭圆偏振光波进入偏振分束器5并被分解成两束正交的线偏振光波，这两束正交的线偏振光波分别通过偏振分束器的输出尾纤Ⅰ5-1和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ5-2输出，依次由光谱分析仪6进行测试，最后将测试数据通过RS232数据线8传输到工控机7上进行处理；

其中，所述宽带光源1输出的光波经过两次调制：

1)利用偏振控制器2和高速偏振态分析仪3将宽带光源1输出的光波调制成0°线偏振光波，并输入待测单模光纤4；

定义宽带光源1输出光波的波长范围为λ₁至λ₂，对于波长为λ_i的光波(λ_i∈[λ₁,λ₂]，在工控机7上对光谱分析仪6传送的两路正交信号数据P_1x(λ_i)和P_1y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi1\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=\cos 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\sin 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

其中，θ为线偏振光波的偏振方向与待测单模光纤4的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤4的双折射主轴和偏振分束器5的偏振主轴之间的夹角，δ(λ_i)为在输入光波的波长等于λ_i时待测单模光纤4的线性双折射；

2)利用偏振控制器2和高速偏振态分析仪3将宽带光源1输出的光波调制成45°线偏振光波，并输入待测单模光纤4；对于波长为λ_i的光波，在工控机7上对光谱分析仪6传送的两路正交信号数据P_2x(λ_i)和P_2y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi2\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=-\sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\cos 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

3)求解出输出结果ceshi1(λ_i)和ceshi2(λ_i)的平方和output(λ_i)为：

output(λ_i)＝1-{sin[δ(λ_i)]}²·(sin2κ)²

4)在上述output(λ_i)的表达式中，(sin2κ)²为定值，{sin[δ(λ_i)]}²随着波长λ_i∈[λ₁,λ₂]的变化呈现出周期性变化；

当{sin[δ(λ_i)]}²等于1时，output(λ_i)最小，并将其定义为min，据此求解出(sin2κ)²，即：

(sin2κ)²＝1-min

5)根据上述结果，可以求解出特定波长λ_c∈[λ₁,λ₂]对应的待测单模光纤4的线性双折射δ(λ_c)，并且考虑到δ(λ_c)∈[0,π/2]，则有：

$\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_c\right)=\arcsin \sqrt{\frac{1-output\left({\mathrm{\λ}}_c\right)}{1-min}}$

从而得出线性双折射δ(λ_c)的值。

本发明工作原理如下：

定义宽带光源1输出光波的波长范围为λ₁至λ₂，对于波长为λ_i的输入光波(λ_i∈[λ₁,λ₂])，所述的高速偏振态分析仪3输出的0°线偏振光波矢量为E₁(λ_i)，振幅为E(λ_i)，由于它的偏振方向与待测单模光纤4的双折射主轴之一x轴的夹角为θ，所以它在待测单模光纤4的双折射主轴x轴和y轴上的分量分别为E_x1(λ_i)＝E(λ_i)cosθ和E_y1(λ_i)＝E(λ_i)sinθ；

所述的高速偏振态分析仪3输出的45°线偏振光波矢量为E₂(λ_i)，振幅同样为E(λ_i)，它的偏振方向与0°线偏振光波矢量的偏振方向呈45°，它在待测单模光纤4的双折射主轴x轴和y轴上的分量分别为E_x2(λ_i)＝E(λ_i)cos(θ+45°)和E_y2(λ_i)＝E(λ_i)sin(θ+45°)。

待测单模光纤4存在线性双折射δ(λ_i)，它的琼斯矩阵为J_δ；待测单模光纤4的双折射主轴与偏振分束器5的偏振主轴之间的夹角为κ，两者之间的转换矩阵为J_κ；因此，所述的琼斯矩阵J_δ和J_κ分别为：

$J_{\mathrm{\δ}}=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \exp \[i\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]\end{array}\right];J_{\mathrm{\κ}}=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\κ}& sin\mathrm{\κ}\\ -sin\mathrm{\κ}& cos\mathrm{\κ}\end{array}\right].$

1)利用偏振控制器2和高速偏振态分析仪3，将宽带光源1输出的光波调制成0°线偏振光波，输入待测单模光纤4，从偏振分束器5输出的两路光波矢量E_o1(λ_i)和E_o2(λ_i)分别为：

$\left[\begin{array}{c}{E}_{o1}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\\ E_{o2}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\end{array}\right]=J_{\mathrm{\κ}}\·J_{\mathrm{\δ}}\·\left[\begin{array}{c}{E}_{x1}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\\ E_{y1}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\κ}+\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\κ}\cos \mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+i\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\κ}\sin \mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\\ -\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\κ}+\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\κ}\cos \mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+i\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\κ}\sin \mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\end{array}\right]\·E\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

光谱分析仪6测量得到的光功率值P_1x(λ_i)和P_1y(λ_i)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=E_{o1}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\·E_{o1}{\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}^{*}=\[{\cos }^2{\cos }^2\mathrm{\κ}+{\sin }^2{\mathrm{\θsin}}^2\mathrm{\κ}+\frac{1}{2}\sin 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]\·E^2\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\\ P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=E_{o2}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\·E_{o2}{\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}^{*}=\[{\cos }^2{\sin }^2\mathrm{\κ}+{\sin }^2{\mathrm{\θcos}}^2\mathrm{\κ}-\frac{1}{2}\sin 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]\·E^2\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\end{array}\right.$

在工控机7上对光谱分析仪6传送的两路正交信号数据P_1x(λ_i)和P_1y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi1\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=\cos 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\sin 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

2)利用偏振控制器2和高速偏振态分析仪3，将宽带光源1输出的光波调制成45°线偏振光波，输入待测单模光纤4，从偏振分束器5输出的两路光波矢量E_o3(λ_i)和E_o4(λ_i)分别为：

$\left[\begin{array}{c}{E}_{o3}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\\ E_{o4}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\end{array}\right]=J_{\mathrm{\κ}}\·J_{\mathrm{\δ}}\·\left[\begin{array}{c}{E}_{x2}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\\ E_{y2}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\end{array}\right]$

光谱分析仪6测量得到的光功率值P_2x(λ_i)和P_2y(λ_i)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=E_{o3}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\·E_{o3}{\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}^{*}\\ P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=E_{o4}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\·E_{o4}{\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}^{*}\end{array}\right.$

在工控机7上对光谱分析仪6传送的两路正交信号数据P_2x(λ_i)和P_2y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi2\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=-\sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\cos 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

3)求解出输出结果ceshi1(λ_i)和ceshi2(λ_i)的平方和output(λ_i)为：

output(λ_i)＝1-{sin[δ(λ_i)]}²·(sin2κ)²

4)在上述output(λ_i)的表达式中，(sin2κ)²为定值，{sin[δ(λ_i)]}²随着波长λ_i∈[λ₁,λ₂]的变化呈现出周期性变化；当{sin[δ(λ_i)]}²等于1时，output(λ_i)最小，并将其定义为min，据此求解出(sin2κ)²，即：

(sin2κ)²＝1-min

5)根据上述结果，可以求解出特定波长λ_c∈[λ₁,λ₂]对应的待测单模光纤4的线性双折射δ(λ_c)，并且考虑到δ(λ_c)∈[0,π/2]，则有：

$\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_c\right)=\arcsin \sqrt{\frac{1-output\left({\mathrm{\λ}}_c\right)}{1-min}}.$

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 (8)

1.一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，它包括：

宽带光源(1)、偏振控制器(2)、高速偏振态分析仪(3)、待测单模光纤(4)、偏振分束器(5)、光谱分析仪(6)以及工控机(7)；

所述宽带光源(1)的输出接口与偏振控制器的输入尾纤(2-1)连接，偏振控制器的输出尾纤(2-2)与高速偏振态分析仪(3)的输入接口连接，高速偏振态分析仪(3)的输出接口与待测单模光纤(4)连接；

所述待测单模光纤(4)同时作为偏振分束器(5)的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤Ⅰ(5-1)和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ(5-2)分别与光谱分析仪(6)连接，光谱分析仪(6)通过RS232数据线(8)与工控机(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，所述的宽带光源(1)的输出光波的波长范围为1550±20nm，3dB谱宽≥50nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，所述的偏振控制器(2)为三环型机械式偏振控制器。

4.根据权利要求1所述的一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，所述的高速偏振态分析仪(3)最大采样速率为625KS/s，能够实时监测输入光波的偏振态变化。

5.根据权利要求1所述的一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，所述的待测单模光纤(4)为长度4.0m的低双折射单模光纤。

6.根据权利要求1所述的一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，所述的偏振分束器(5)的消光比≥30dB。

7.根据权利要求1所述的一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，其特征在于，所述的光谱分析仪(6)的波长测试范围为600nm至1700nm，功率测试量程为+20dBm至-90dBm，波长测试分辨率为0.02nm，波长测试精度为±0.01nm。

8.一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量方法，其特征在于，

宽带光源(1)的输出光波被偏振控制器(2)调制，调制光波输入高速偏振态分析仪(3)，高速偏振态分析仪(3)实时监测调制光波的偏振态，当高速偏振态分析仪(3)监测到的调制光波为所需的偏振光波时，停止偏振控制器(2)的调制；

从高速偏振态分析仪(3)输出的偏振光波进入待测单模光纤(4)，由于待测单模光纤(4)存在线性双折射，输入的偏振光波经过待测单模光纤(4)后将演化成椭圆偏振光波输出；

输出的椭圆偏振光波进入偏振分束器(5)并被分解成两束正交的线偏振光波，这两束正交的线偏振光波分别通过偏振分束器的输出尾纤Ⅰ(5-1)和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ(5-2)输出，依次由光谱分析仪(6)进行测试，最后将测试数据通过RS232数据线(8)传输到工控机(7)上进行处理；

其中，所述宽带光源(1)输出的光波经过两次调制：

1)利用偏振控制器(2)和高速偏振态分析仪(3)将宽带光源(1)输出的光波调制成0°线偏振光波，并输入待测单模光纤(4)；

定义宽带光源(1)输出光波的波长范围为λ₁至λ₂，对于波长为λ_i的光波(λ_i∈[λ₁,λ₂])，在工控机(7)上对光谱分析仪(6)传送的两路正交信号数据P_1x(λ_i)和P_1y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi1\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{1y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{1x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=\cos 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\sin 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

其中，θ为线偏振光波的偏振方向与待测单模光纤(4)的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤(4)的双折射主轴和偏振分束器(5)的偏振主轴之间的夹角，δ(λ_i)为在输入光波的波长等于λ_i时待测单模光纤(4)的线性双折射；

2)利用偏振控制器(2)和高速偏振态分析仪(3)将宽带光源(1)输出的光波调制成45°线偏振光波，并输入待测单模光纤(4)；对于波长为λ_i的光波，在工控机(7)上对光谱分析仪(6)传送的两路正交信号数据P_2x(λ_i)和P_2y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

$ceshi2\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=\frac{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)-P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{P_{2y}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)+P_{2x}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}=-\sin 2\mathrm{\θ}\cos 2\mathrm{\κ}+\cos 2\mathrm{\θ}\sin 2\mathrm{\κ}\cos \[\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)\]$

3)求解出输出结果ceshi1(λ_i)和ceshi2(λ_i)的平方和output(λ_i)为：

output(λ_i)＝1-{sin[δ(λ_i)]}²·(sin2κ)²

4)在上述output(λ_i)的表达式中，(sin2κ)²为定值，{sin[δ(λ_i)]}²随着波长λ_i∈[λ₁,λ₂]的变化呈现出周期性变化；

当{sin[δ(λ_i)]}²等于1时，output(λ_i)最小，并将其定义为min，据此求解出(sin2κ)²，即：

(sin2κ)²＝1-min

5)根据上述结果，可以求解出特定波长λ_c∈[λ₁,λ₂]对应的待测单模光纤(4)的线性双折射δ(λ_c)，并且考虑到δ(λ_c)∈[0,π/2]，则有：

$\mathrm{\δ}\left({\mathrm{\λ}}_c\right)=\arcsin \sqrt{\frac{1-output\left({\mathrm{\λ}}_c\right)}{1-min}}$

从而得出线性双折射δ(λ_c)的值。