CN106768877B - 一种用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法。使用OCDP测量系统中焊点处的偏振串音形成的干涉峰作为传递载体，通过由被标准仪器检定后的一阶偏振串音所构成的峰值更低的高阶串音把标准尺度扩大，将标准传递进待测系统。通过指定各焊点处保偏光纤之间的对轴角度，使焊点间一、二、三阶偏振串音的峰值均匀分布在0～‑120dB的范围内，实现光学相干域偏振系统的在线标定。此方法突破了传统方法的标定极限，实现了动态范围超过100dB的系统的在线标定，其优点是结构简单、易于实现、标定精度高。

Description

一种用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法
技术领域
本发明涉及的是一种光纤测量方法，具体涉及到一种使用光学相干域偏振计的高阶串扰标定系统本身的标定方法。
背景技术
偏振光学器件是构成高精度光学测量与传感系统的重要组成部分，目前光学器件性能测试与评价方法和装置落后的现状，严重阻碍了高精度光学测量与传感系统的发展。例如：高精度光纤陀螺的核心器件——铌酸锂集成波导调制器(俗称Y波导)的芯片消光比已经达到80dB以上；而常用的偏振性能检测仪器——消光比测试仪，通常的检测分辨率在50dB左右(按照能量定义，即为105)，分辨率最高的为美国dBm Optics公司研制Model 4810型偏振消光比，测量仪测量极限也仅有72dB。
光学相干域偏振测量技术(OCDP)是一种高精度分布式偏振耦合测量技术，它基于宽谱光干涉原理，通过扫描式光学干涉仪进行光程补偿，实现不同偏振模式间的干涉，可对偏振串扰的空间位置、偏振耦合信号强度进行高精度的测量与分析，进而获得光学偏振器件的消光比、拍长等重要参数。OCDP技术作为一种非常有前途的分布式光学偏振性能的检测方法，被广泛用于保偏光纤制造、保偏光纤精确对轴、器件消光比测试等领域。与其他如：偏振时域反射技术(POTDR)、光频域反射技术(OFDR)、光相干域反射技术(OCDR)等分布式检测方法与技术相比，OCDP技术具有结构简单、高空间分辨率(5～10cm)、大测量范围(测量长度几公里)、超高测量灵敏度(耦合能量-80～-120dB)、超大动态范围(108～1010)等优点，非常有希望发展成为一种高精度、通用化测试技术和系统。由于它最为直接和真实地描述了信号光在光纤光路中的传输行为，所以特别适合于对光纤器件、组件，以及光纤陀螺等高精度、超高精度干涉型光纤传感光路进行测试和评估。
20世纪90年代初，法国Herve Lefevre等人[Method for the detection ofpolarization couplings in a birefringent optical system and application ofthis method to the assembling of the components of an optical system,USPatent 4863631]首次公开了基于白光干涉原理的OCDP测量系统，它采用超辐射发光二极管(SLD)作为光源和空间干涉光路作为光程相关测量结构。法国Photonetics公司根据此专利技术研制了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扰灵敏度为-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。
2011年，申请号为201110052231.3的专利文件中，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，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扰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，抑制偏振串扰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扰灵敏度提高到-95dB，但动态范围保持在75dB。
2012年，本发明申请人公开了一种提高光学器件偏振串扰测量性能的装置及方法(中国专利申请号CN201210379407.0)和一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置(CN201210379406.6)，采用全光纤光程相关器结构，增加偏振分束和在线旋转连接功能，抑制拍噪声，有效提高测量灵敏度，在相关器中增加法拉第旋光器，增加光源的稳定性，提高光源功率的利用率，以上两种装置均适用于多种偏振器件的性能测试。与美国通用光电公司相比，可以将测量系统的偏振串扰灵敏度提高到-95dB的同时，使动态范围保持在优于95dB。灵敏度已经接近测量极限，主要受限于光源的相对强度噪声。在不改变光路结构、优化元件参数的强度下，测量灵敏度将无法进一步得到提升。
2013年，本发明申请人提出了一种大扫描量程光学相干域偏振测量装置(中国专利申请号CN201310736313.4)，使用多个连续式光程扩展单元级联，并使单元中的扫描光学器件成对出现，实现光程扫描扩展，抑制扫描器强度浮动对测量的影响。主要解决的问题是如何提高偏振串扰测量的准确度和稳定性，测量灵敏度性能没有改善。
2014年，本发明申请人提出了一种可抑制干涉噪声的光学相干偏振测量装置(中国专利申请号CN201410120901.4)，采用全光纤型偏振态控制器消除光学器件残余光反射，使用法拉第旋光器的光程解调装置克服干涉中的偏振衰落效应，有效抑制干涉噪声；提出带有光程扫描位置和速度校正的光学相干域偏振测量装置(中国专利申请号CN201410120591.6)，通过对光程扫描的校正，提高了偏振测量装置的空间精度和探测灵敏度。
2016年，本发明申请人提出了一种光纤偏振器件的高消光比测量方法(中国专利申请号CN201610157528.9)，利用被测试的高消光比偏振器件(Y波导)极高的消光比特点，将高消光比的干涉峰搬移至距主峰较远的位置，削弱光纤自身噪声带来的影响，并使用二阶干涉峰对大消光比(低于-40dB)进行精确在线标定，在标定的同时对Y波导的性能进行精确测试。在使用起偏器、检偏器、保偏光纤的前提下，即可对高消光比进行在线标定和测量，获得极高的测量精度。但是由于方法所限，标定范围无法超过80dB。
2016年，本发明申请人提出了一种基于光学相干域偏振的大范围标定装置(中国专利申请号CN201610157526.X)，首先利用起偏器将偏振光束分别注入到保偏光纤的快轴和慢轴中；其次利用保偏光纤不同对准角度对应不同耦合强度的特点，并利用0°起偏器仅在某一特征轴传输光且消光比低的特性，合理布局保偏光纤长度和对准角度；最后，通过检偏器将不同轴的光束整合在同一偏振方向上，通过光程相关器实现干涉，通过对照串扰检测结果与搭建标定参数一致性，实现光学偏振器件分布式串扰测量装置的标定，搭建简单、精确可靠。但是同样受限于所用方法，标定范围有待提高。
对测试仪器进行标定是科学测量中必不可少的步骤，随着测试精度的提高，普通方法无法标定的情况下，需要一种能验证高精度系统的准确性的装置与方法，而随着测试系统的精度的越来越高，现有的标定装置与方法已经逐渐不再适用，这就需要一种更大范围的标定方法，使现在和未来的更高精度的相干域偏振测试系统有据可依，这对相干域测试具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精确度高、稳定性好的用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)测量Y波导的输入保偏尾纤204的长度l4、输出保偏尾纤207的长度l3、Y波导206芯片的长度lY；
(2)使用标准仪器测量Y波导自带输出焊点207的偏振串音大小ρC、自带输入焊点205的偏振串音大小ρD；
(3)使用一段长度为l2的延长保偏光纤210与Y波导输入保偏尾纤204或输出保偏尾纤208相连以引入第一额外焊点209，第一额外焊点209处延长光纤210与Y波导输出保偏尾纤208之间的对轴角度为θB；
(4)一个检偏器213一端为单模端另一端为保偏端，保偏端保偏尾纤212长度为l1，检偏器213与保偏尾纤212慢轴之间的对轴角度为θo，将所述检偏器213的保偏尾纤201与延长光纤210的另一端相连引入第二额外焊点211，第二额外焊点211处延长光纤210与检偏器保偏尾纤212之间的对轴角度为θA；
(5)一个起偏器201一端为单模端另一端为保偏端，保偏端保偏尾纤202长度为l5，起偏器201与其保偏尾纤202慢轴之间的对轴角度为θi，将所述起偏器的保偏尾纤202与Y波导输入保偏尾纤204相连引入第三额外焊点203，第三额外焊点203处Y波导输入保偏尾纤204与起偏器保偏尾纤202之间的对轴角度为θE；
(6)调整三个额外焊点焊点处保偏光纤之间的对轴角度θE、θB、θA、起偏器201与其保偏尾纤202慢轴之间的对轴角度θi、检偏器213与其保偏尾纤212慢轴之间的对轴角度θo均为0°，即θE＝θB＝θA＝θi＝θo＝0°，接入OCDP测量系统，获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据；
(7)以OCDP测量系统的主峰为0dB，当起偏器201与其保偏尾纤202慢轴之间的对轴角度θi、检偏器213与其保偏尾纤212慢轴之间的对轴角度θo确定时，自带输出焊点207的偏振串音大小ρC、自带输入焊点205的偏振串音大小ρD为定值，指定三个额外焊点焊点处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小；
(8)根据(7)中指定的三个额外焊点焊点处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小，使用公式pX＝-10lg(tan2θX)/tanθY，其中，X＝E、B、A；Y＝i、o，计算三个额外焊点焊点处保偏光纤之间的对轴角度θE-c、θB-c、θA-c；
(9)在标准仪器的监测下，以计算好的对轴角度θE-c、θB-c、θA-c熔接三个额外焊点焊点203、209、211处的保偏光纤；
(10)调整起偏器201与其保偏尾纤202慢轴的对轴角度θ1为45°，检偏器213与其保偏尾纤212慢轴的对轴角度θo也为45°；
(11)将标定器200接入OCPD测量系统，获取第二次分布式偏振串音测量结果，即器件的一阶、二阶光学偏振串音的测量数据；
(12)根据己被标准仪器检定的一阶偏振串音的位置和幅值，计算焊点相互之间的二阶串扰峰ρAρD、ρAρE、ρBρD、ρBρE、ρCρD、ρCρB的真实的位置和幅值信息；
(13)将已经获知的一阶、二阶偏振串音的位置与幅值信息作为标准，标定0～-60dB范围的OCDP测量系统；
(14)保证起偏器201与其保偏尾纤202慢轴的对轴角度θ1为45°不变，变换检偏器213与其保偏尾纤212慢轴的对轴角度θo为0°；
(15)将标定器(200)接入OCPD测量系统，进行第三次分布式偏振串音测试；
(16)根据已被标准仪器检定的一阶串扰峰的位置和幅值、已被标定的波导芯片消光比∈Y的位置和幅值，计算波导与焊点之间的二阶串扰峰ρAεY、ρBεY，以及焊点相互之间的三阶串扰峰ρAρBρD、ρAρBρE、ρAρCρD、ρAρCρE、ρBρCρD、ρBρCρB的真实的位置与幅值信息；
(17)使用已知幅值与位置的二阶与三阶偏振串音把标准传递进待测OCDP测量系统，从而标定-60～-120dB范围的OCDP测量系统；
(18)更大范围偏振串音的标定；如果待测系统的动态范围大于120dB，在步骤(7)中指定偏振串音大小时，减小各焊点串音值。
本发明还可以包括：
1、ρE，ρD，ρC，ρB，ρA的光程延迟量分别为其中Δnf为保偏尾纤的线性双折射、按5×10-4计算，保证ρE＞ρD，ρA＞ρB＞ρC。
2、第三额外焊点203处的偏振串音ρE小于第一额外焊点209处的偏振串音ρB，ρA＞ρB＞ρE。
3、起偏器201的保偏端保偏尾纤202、Y波导输入保偏尾纤204、Y波导输出保偏尾纤208、延长保偏光纤210、检偏器213的保偏端保偏尾纤212的长度满足l5＞l2+l1、l5≠l3+l2+l1、l5+l4＞l3+l2+l1、l4≠l3、l2≠l1。
4、光程扫描范围ΔS满足：ΔS＞2(l1+l2+l3+l4+l5)×Δnf+lY×Δnw；Δnf为保偏尾纤的线性双折射，Δnw波导芯片的线性双折射。
本发明提供了一种基于光学相干域偏振的大范围标定方法，本发明使用45°与0°检偏器的组合，使得以前只用45°检偏器而无法使用三阶峰进行标定，四阶峰的强度又太低的问题得到了解决，使标定范围得到质的提升。
本发明是对基于白光干涉原理的光学相干域偏振测试系统(OCDP)的标定和测量装置。ODCP的工作原理如图1所示，由宽谱光源101发出的高稳定宽谱偏振光通过45°起偏器201同时注入到保偏光纤202的快轴和慢轴中。由于在偏振器件中并非所有的光都是严格按照保偏轴传输的，会存在非理想的缺陷点或者连接。当信号光传输到缺陷点203时，由于其存在一定的对轴角度(具体情形如203.1所示)，慢轴上的光有一部分会耦合到快轴，同时快轴上的光也会耦合到慢轴，此时两光轴上都同时存在信号光和耦合光，由于Y波导慢轴通光，所以光经过Y波导后，只剩下慢轴上的信号光与耦合光，同时光纤存在线性双折射Δn(例如：5×10-4)，使慢轴的折射率大于快轴折射率，当光从检偏器213输出时(传输距离为l)，传输光和耦合光之间将存在一个光程差Δnl。上述光束通过焊接点或者旋转连接头215，进入光程相关器300中。耦合器401、反射镜309、反射镜310、位移台305组成一个Michelson光学干涉仪。光束经过耦合器401后在光程相关器300分为固定臂和扫描臂中的两部分。两臂上的光经反射后在耦合器401处发生干涉，之后干涉光被耦合器503分成两束，分别进入探测器506、507构成差分探测，并将光信号转换为电信号。此信号经过信号解调电路510处理后，送入测量计算机512中；测量计算机512另外还要负责控制位移台305实现光程扫描。
(1)当光程差等于Δnl1时，扫描臂中光607与固定臂中光601发生匹配，产生二阶白光干涉信号，其峰值幅度为它与缺陷点的耦合幅度因子和光源强度成正比。
(2)当光程差等于Δnl2时，扫描臂中光606与固定臂中光601发生匹配，产生一阶白光干涉信号，其峰值幅度为它与缺陷点的耦合幅度因子和光源强度成正比。
(3)当光程差等于0时，扫描臂与固定臂中，光608与光604、光607与光603、光606与光602、光605与光601同时发生匹配，产生白光干涉信号的主峰，其峰值幅度为Icoupling∝I0，它与光源强度与正比。
对干涉信号进行处理，归一化后换算成dB值，通过对干涉峰的以此幅度和距离的检测，即可得到保偏光纤缺点的位置和消光比等重要信息。
在此高精度标定装置中，利用Y波导的高消光比的特性，过滤掉一个轴上的直通光，保留下来耦合光，使得各焊点之间的高阶耦合被暴露出来。通过强度更低的高阶耦合来对更大范围的系统进行标定。
从干涉图谱上看，主峰旁的干涉峰均是信号光与耦合光的干涉形成的，只有一次耦合光参与的，称为一阶干涉峰，有两次耦合的，称为二阶干涉峰。在本专利中利用一阶干涉峰与二阶干涉峰对小消光比(0～60dB)进行准确的标定。对于大消光比(60～120dB以上)，是通过由一阶干涉峰所确定的二阶与三阶干涉峰来标定的，当使用45°检偏器时，会出现各点一阶的串扰、Y波导消光比与Y波导异侧光纤焊点之间的二阶串扰；当使用0°检偏器的时候，会出现Y波导同侧的二阶串扰，异侧的三阶串扰以及各点与Y波导芯片的消光比叠加产生二阶串扰。
对于同侧的光纤，其高阶串扰表达式为：
对于异侧光纤，其高阶串扰为组成它的低阶串扰的乘积：
ρA＝-10lg(tan2θA)/tanθo
ρAD＝-100lg(tan2θA)lg(tan2θD)/tanθotanθi
如图1中200所示在标定装置中，光纤中的光每经过一个焊点都会发生一次耦合，当同一个耦合光在下一个焊点再发生一次耦合时就叫二阶耦合，或者两个不同一阶耦合光之间的相互作用也会产生二阶耦合，对于三阶耦合同理，可由同一束光耦合三次或者一个一阶耦合与一个二阶耦合共同作用形成。且高阶耦合的位置等于形成此高阶耦合的低阶耦合的位置相加，强度等于低阶耦合的强度相乘。即高阶峰的位置与幅值是组成他的低阶峰的位置与幅值的叠加。
所以对于串扰点，其串扰系数的大小由起偏器的偏转角θY与保偏光纤对轴角度θX控制。通过改变θY和θX可以获得任意强度的一阶干涉干涉峰，从而可以控制有一阶干涉峰所组成的高阶干涉峰，他们的光程与强度如表1所示。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)采用元件均为系统本身所用元件，且结构简单易于实现。
(2)通过两种检偏器的组合使用，使用一阶干涉峰用于小消光比(0～60dB)的标定，使用二阶干涉峰用于大消光比(60～120dB以上)的标定，对于0～120dB范围的消光比可以精确标定，且通过改变焊接角度可以实现更大范围的标定。
(3)使用光学相干域偏振系统本身的耦合峰进行标定，没有引入其他系统之外的外加变量，且自身需要控制的变量也只有光纤长度和焊接角度，这使得标定器非常精确且十分稳定，并且可以实现在线标定。
附图说明
图1OCDP测量系统与光纤对轴示意图；
图2是单一偏振串扰形成的干涉信号峰与传输光衰减倍数的对应关系示意图；
图3是利用高阶串扰的高精度标定方法流程图；
图4是采用0°检偏器时的实验结果；
图5是采用45°检偏器时的实验结果；
图6是基于光学相干域偏振的大范围标定装置测试的峰值对应表1。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步描述。
结合图3，本发明的用于大动态范围光学相干域偏振计标定的方法包括如下步骤：
(101)测量Y波导的输入保偏尾纤204的长度l4、输出保偏尾纤207的长度l3、Y波导206芯片的长度lY。
(102)使用标准仪器(例如消光比测试仪)测量波导自带输出焊点207的偏振串音大小ρC、自带输入焊点205的偏振串音大小ρD。
(103)使用一段长度为l2的延长保偏光纤210与Y波导输入保偏尾纤204或输出保偏尾纤208相连以引入额外焊点(由于两种连接方式的情况是相似的，所以为了方便描述，以下内容均以假设延长光纤与Y波导输出保偏尾纤208相连为前提)。焊点209处延长光纤210与Y波导输出保偏尾纤208之间的对轴角度为θB。
(104)一个检偏器213一端为单模端，一端为保偏端。保偏端保偏尾纤212长度为l1；检偏器213与保偏尾纤212慢轴之间的对轴角度为θo。将此检偏器213的保偏尾纤与延长光纤210的另一端相连引入额外焊点211，焊点211处延长光纤210与检偏器保偏尾纤212之间的对轴角度为θA。
(105)一个起偏器201一端为单模端，一端为保偏端。保偏端保偏尾纤202长度为l5；起偏器201与其保偏尾纤202慢轴之间的对轴角度为θi。将此起偏器的保偏尾纤202与Y波导输入保偏尾纤204相连引入额外焊点203，焊点203处Y波导输入保偏尾纤204与起偏器保偏尾纤202之间的对轴角度为θE。
(106)调整焊点203、209、211处保偏光纤之间的对轴角度θE、θB、θA、起偏器201与其保偏尾纤202慢轴之间的对轴角度θi、检偏器213与其保偏尾纤212慢轴之间的对轴角度θo均为0°，即θE＝θB＝θA＝θi＝θo＝0°，接入OCDP测量系统，获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据，其横坐标为扫描光程数值S，单位：μm，纵坐标为偏振串音幅度E，单位：dB；光程扫描范围ΔS。需要保证ΔS＞2(l1+l2+l3+l4+l5)×Δnf+lY×Δnw；Δnf为保偏尾纤的线性双折射，Δnw波导芯片的线性双折射。
(107)以OCDP测量系统的主峰为0dB。当起偏器201与其保偏尾纤202慢轴之间的对轴角度θi，检偏器213与其保偏尾纤212慢轴之间的对轴角度θo确定时。自带输出焊点207的偏振串音大小ρC、自带输入焊点205的偏振串音大小ρD为定值(一般在-30dB～-40dB之间)。指定焊点203、209、211处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小，使一阶偏振串音ρE，ρD，ρC，ρB，ρA的值均匀分布在-10dB～-40dB的范围内，此时二阶偏振串音ρAρD、ρAρE、ρBρD、ρBρB、ρCρD、ρCρE将分布在-30dB～-80dB的范围内，而三阶偏振串音ρAρBρD、ρAρBρE、ρAρCρD、ρAρCρE、ρBρCρD、ρBρCρE会分布在-60dB～-120dB的范围内。
(108)根据(107)中指定的焊点203、209、211处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小，使用公式ρA＝-10lg(tan2θA)/tanθY(其中，X＝E、B、A；Y＝i、o)计算焊点203、209、211处保偏光纤之间的对轴角度θE-c、θB-c、θA-c。
(109)在标准仪器的监测下，以计算好的对轴角度θE-c、θB-c、θA-B熔接焊点203、209、211处的保偏光纤。
(110)当45°起偏0°检偏时，焊点之间的偶数阶串音完全消失，奇数阶串音完全显现，调整起偏器201与其保偏尾纤202慢轴的对轴角度θ1为45°，检偏器213与其保偏尾纤212慢轴的对轴角度θo也为45°。
(111)将标定器200接入OCDP测量系统，获取第二次分布式偏振串音测量结果，即器件的一阶、二阶光学偏振串音的测量数据，其光程扫描范围ΔS的要求与步骤(106)相同。
(112)根据已被标准仪器检定的一阶偏振串音的位置和幅值，计算焊点相互之间的二阶串扰峰ρAρD、ρAρE、ρBρD、ρBρE、ρCρD、ρCρE的真实的位置和幅值信息。
(113)将已经获知的一阶、二阶偏振串音的位置与幅值信息作为标准，标定0～-60dB范围的OCDP测量系统。
(114)0°起偏0°检偏时，焊点之间的奇数阶串音完全消失，偶数阶串音完全显现。保证起偏器201与其保偏尾纤202慢轴的对轴角度θ1为45°不变，变换检偏器213与其保偏尾纤212慢轴的对轴角度θo为0°。
(115)将标定器200接入OCDP测量系统，进行第三次分布式偏振串音测试，其光程扫描范围ΔS的要求与步骤(106)相同。
(116)根据已被标准仪器检定的一阶串扰峰的位置和幅值、已被标定的波导芯片消光比∈Y的位置和幅值，计算波导与焊点之间的二阶串扰峰ρAεY、ρBεY，以及焊点相互之间的三阶串扰峰ρAρBρD、ρAρBρE、ρAρCρD、ρAρCρE、ρBρCρD、ρBρCρE的真实的位置与幅值信息。
(117)使用已知幅值与位置的二阶与三阶偏振串音把标准传递进待测系统，从而标定-60～-120dB范围的OCDP测量系统。
按上述方法构造标定器时的参数选择标准是：
(1)为了使各焊点偏振串音形成的干涉峰呈阶梯型分布以标定系统，光程延迟量越大的其偏振串音应当越小。对于本方案所假设结构中ρE，ρD，ρC，ρB，ρA的光程延迟量分别为(其中Δnf为保偏尾纤的线性双折射，按5×10-4计算)，需保证ρE＞ρD,ρA＞ρB＞ρC
(2)又由于延长光纤210的接入，使得Y波导206输出端207后面的焊点比Y波导输入端205前面的焊点多，导致输出端用于标定的干涉峰更加密集，此时应注意使焊点203处的偏振串音ρE小于焊点209处的偏振串音ρB，有ρA＞ρB＞ρE
(3)由于特定焊点的偏振串音与其光程延迟量一一对应，根据上述各焊点偏振串音的大小分布，为达到最优标定效果，各段保偏光纤202、204、208、210、212的长度应当满足l5＞l2+l1、l5≠l3+l2+l1、l5+l4＞l3+l2+l1、l4≠l3、l2≠l1。
(4)高阶偏振串音的位置和幅值由构成他们的一阶串音组成，所以当一阶串音的干涉峰呈梯形分布时，高阶串音的干涉峰自动呈梯形排列。
(5)根据前述分配的焊点203、209、211处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小，计算焊点203、209、211处保偏光纤之间的所需的对轴角度θE-c、θB-c、θA-c。
结合图1，基于光学相干域偏振的大范围标定装置，主要光电器件的选择及其参数如下：
(1)1×2耦合器102工作波长为1550nm，消光比大于20dB，插入损耗小于0.5dB，分光比为2/98；
(2)45°起偏器201的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB，输入端为单模光纤，输出为熊猫型保偏光纤；
(3)45°检偏器539的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB，输入为熊猫型保偏光纤，输出端为单模光纤；
(4)2×2耦合器401、503的工作波长为1550nm，插入损耗小于0.5dB，分光比为50/50；
工作过程如下：
(1)测量起偏器201输出尾纤202长1129cm，Y波导206输入尾纤204长180cm、输出尾纤208长196cm，保偏光纤210长246cm，45°/0°检偏器213输入尾纤212长1808cm。
(2)使用标准仪器测量Y波导204自带焊点205、207的一阶偏振串音值ρD＝-43dB、ρC＝-42dB。
(3)根据ρD、ρC的值计算构造标定器所需的焊点203、209、211处的一阶偏振串音值ρB＝-30dB、ρB＝-30dB、ρA＝-15dB。此时有：
ρA＝-15dB、ρB＝-30dB、ρC＝-42dB、ρAρD＝-58dB、ρAεY＝-62dB、ρAρBρE＝-75dB、ρCεY＝-89dB、ρBρCρE＝-102dB、ρBρCρD＝-115dB，成功使标定尺度均匀分布在0～-120dB的范围内。
(2)根据公式ρX＝-10lg(tan2θX)，选择焊点203、209、211处的保偏光纤对轴角度为1.8°、1.8°、10°
(3)焊接标定器，并在焊接过程中使用标准仪器监测各个焊点处的偏振串音大小，保证ρE＝-30dB、ρB＝-30dB、ρA＝-15dB
(4)将光纤标定器中的检偏器213与其保偏尾纤212之间调整为45°对轴。然后将其接入待标定系统进行第一次分布式偏振串扰测试，使用ρA＝-15dB、ρB＝-30dB、ρC＝-42dB、ρAρD＝-58dB标定0～-60dB范围的OCDP测量系统。测试结果如图(6)所示。
(5)将光纤标定器中的检偏器213与其保偏尾纤212之间调整为0°对轴。然后将其接入待标定系统进行第二次分布式偏振串扰测试；使用ρAεY＝-62dB、ρAρBρE＝-75dB、ρCεY＝-89dB、ρBρCρE＝-102dB、ρBρCρD＝-115dB
标定-60～-120dB范围的OCDP测量系统，测试结果如图5所示。(由于目前没有动态范围超过100dB的系统，更低的标定峰暂时无法显示出来，但目前所得结果也足以能证明此方法的可行性)。

Claims (5)

1.一种用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法，其特征是：
(1)测量Y波导的输入保偏尾纤(204)的长度l4、输出保偏尾纤(208)的长度l3、Y波导(206)芯片的长度lY；
(2)使用标准仪器测量Y波导自带输出焊点(207)的偏振串音大小ρC、自带输入焊点(205)的偏振串音大小ρD；
(3)使用一段长度为l2的延长保偏光纤(210)与Y波导输入保偏尾纤(204)或输出保偏尾纤(208)相连以引入第一额外焊点(209)，第一额外焊点(209)处延长保偏光纤(210)与Y波导输出保偏尾纤(208)之间的对轴角度为θB；
(4)一个检偏器(213)一端为单模端另一端为保偏端，保偏端保偏尾纤(212)长度为l1，检偏器(213)与其保偏尾纤(212)慢轴之间的对轴角度为θ0，将所述检偏器(213)的保偏尾纤(201)与延长保偏光纤(210)的另一端相连引入第二额外焊点(211)，第二额外焊点(211)处延长保偏光纤(210)与检偏器保偏尾纤(212)之间的对轴角度为θA；
(5)一个起偏器(201)一端为单模端另一端为保偏端，保偏端保偏尾纤(202)长度为l5，起偏器(201)与其保偏尾纤(202)慢轴之间的对轴角度为θi，将所述起偏器的保偏尾纤(202)与Y波导输入保偏尾纤(204)相连引入第三额外焊点(203)，第三额外焊点(203)处Y波导输入保偏尾纤(204)与起偏器保偏尾纤(202)之间的对轴角度为θE；
(6)调整三个额外焊点焊点处保偏光纤之间的对轴角度θE、θB、θA、起偏器(201)与其保偏尾纤(202)慢轴之间的对轴角度θi、检偏器(213)与其保偏尾纤(212)慢轴之间的对轴角度θo均为0°，即θE＝θB＝θA＝θi＝θo＝0°，接入OCDP测量系统，获取第一次分布式偏振串音测量结果，即白光干涉仪的仪器偏振串音噪声本底数据；
(7)以OCDP测量系统的主峰为0dB，当起偏器(201)与其保偏尾纤(202)慢轴之间的对轴角度θi、检偏器(213)与其保偏尾纤(212)慢轴之间的对轴角度θo确定时，自带输出焊点(207)的偏振串音大小ρC、自带输入焊点(205)的偏振串音大小ρD为定值，指定三个额外焊点焊点处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小；
(8)根据(7)中指定的三个额外焊点焊点处一阶偏振串音ρE，ρB，ρA的大小，使用公式ρX＝-10lg(tan2θX)/tanθY，其中，X＝E、B、A；Y＝i、o，计算三个额外焊点处保偏光纤之间的对轴角度θE-c、θB-c、θA-c；
(9)在标准仪器的监测下，以计算好的对轴角度θE-c、θB-c、θA-c熔接三个额外焊点焊点处的保偏光纤；
(10)调整起偏器(201)与其保偏尾纤(202)慢轴的对轴角度θi为45°，检偏器(213)与其保偏尾纤(212)慢轴的对轴角度θo也为45°；
(11)将标定器(200)接入OCDP测量系统，获取第二次分布式偏振串音测量结果，即器件的一阶、二阶光学偏振串音的测量数据；
(12)根据已被标准仪器检定的一阶偏振串音的位置和幅值，计算三个额外焊点相互之间的二阶串扰峰ρAρD、ρAρE、ρBρD、ρBρE、ρCρD、ρCρE的真实的位置和幅值信息；
(13)将已经获知的一阶、二阶偏振串音的位置与幅值信息作为标准，标定0～-60dB范围的OCDP测量系统；
(14)保证起偏器(201)与其保偏尾纤(202)慢轴的对轴角度θ1为45°不变，变换检偏器(213)与其保偏尾纤(212)慢轴的对轴角度θo为0°；
(15)将标定器(200)接入OCDP测量系统，进行第三次分布式偏振串音测试，即器件的三阶光学偏振串音的测量数据；
(16)根据已被标准仪器检定的一阶串扰峰的位置和幅值、已被标定的Y波导芯片消光比εY的位置和幅值，计算Y波导与焊点之间的二阶串扰峰ρAεY、ρBεY，以及焊点相互之间的三阶串扰峰ρAρBρD、ρAρBρE、ρAρCρD、ρAρCρE、ρBρCρD、ρBρCρE的真实的位置与幅值信息；
(17)使用已知幅值与位置的二阶与三阶偏振串音把标准传递进待测OCDP测量系统，从而标定-60～-120dB范围的OCDP测量系统。
2.根据权利要求1所述的用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法，其特征是：ρE，ρD，ρC，ρB，ρA的光程延迟量分别为其中Δnf为保偏尾纤的线性双折射、其按5×10-4计算，保证ρE＞ρD,ρA＞ρB＞ρC。
3.根据权利要求1或2所述的用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法，其特征是：第三额外焊点(203)处的偏振串音ρE小于第一额外焊点209处的偏振串音ρB，ρA＞ρB＞ρE。
4.根据权利要求1或2所述的用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法，其特征是：起偏器(201)的保偏端保偏尾纤(202)、Y波导输入保偏尾纤(204)、Y波导输出保偏尾纤(208)、延长保偏光纤(210)、检偏器(213)的保偏端保偏尾纤(212)的长度满足l5＞l2+l1、l5≠l3+l2+l1、l5+l4＞l3+l2+l1、l4≠l3、l2≠l1。
5.根据权利要求3所述的用于光学相干域偏振计的大动态范围标定方法，其特征是：起偏器(201)的保偏端保偏尾纤(202)、Y波导输入保偏尾纤(204)、Y波导输出保偏尾纤(208)、延长保偏光纤(210)、检偏器(213)的保偏端保偏尾纤(212)的长度满足l5＞l2+l1、l5≠l3+l2+l1、l5+l4＞l3+l2+l1、l4≠l3、l2≠l1。
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