CN108956092A - 一种基于集成y波导结构的偏振耦合分布标定器及方法 - Google Patents

一种基于集成y波导结构的偏振耦合分布标定器及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器及方法。其中，标定器包括光纤偏振分束器、双端口法拉第旋转器、集成Y波导和光纤环。从光相干域偏振分析仪发出的宽谱偏振光经过光纤偏振分束器、双端口法拉第旋转器后进入集成Y波导中，在集成Y波导输出端口分为两路，并分别进入光纤环中传输，在集成Y波导的输入端口重新合束后，沿原光路返回，从光纤偏振分束器的另一个分束端口输出，最终进入光相干域偏振分析仪中进行分析处理，得到集成Y波导两个输出端口耦合点的二阶偏振耦合值。本发明二阶偏振耦合值稳定，将光相干域偏振分析仪的标定范围，从一阶耦合点扩大到二阶耦合点。

Description

一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器及方法
技术领域
本发明涉及一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器及方法。
背景技术
光相干域偏振分析仪是一种高精度的分布式偏振耦合测量仪器，它采用宽光谱干涉技术，通过改变两个干涉臂之间的光程差，实现不同偏振模式间的干涉，得到被测保偏光纤或者保偏器件内部每个耦合点的位置信息和能量耦合信息。
目前国际市场上有美国通用光子和韩国Fiberpro公司光相干域偏振分析仪，国内有哈尔滨工程大学、天津大学和中国电科第41研究所开展过光相干域偏振分析仪的研发，并有产品或者样机问世。这些仪器都是基于宽光谱干涉技术，被广泛应用在光纤环绕制、保偏光纤及保偏器件的制作、保偏器件的精确对轴和集成Y波导的芯片偏振消光比的测试等领域。
光相干域偏振分析仪能够测量保偏器件内部每个耦合点的耦合能量信息，而传统消光比测试仪得到的消光比值是从光源到消光比测试仪之间所有保偏器件的整体消光比值，无法准确得到内部单个耦合点的能量耦合情况，且消光比测试仪的测量极限也就在45分贝(dB)左右，保偏器件内部出现的50dB以上耦合点根本无法用消光比测试仪进行校准。
目前国内提出两种标定方法，一种是对轴熔接法，通过人为设置两个保偏光纤熔接时慢轴之间的角度偏差，根据两个保偏光纤慢轴之间的对轴角度偏差与偏振耦合值在理论上存在确定的数学关系模型，得到标准的偏振耦合标定值；另一种是基于保偏光纤内部两个耦合点产生的二阶耦合点、甚至三阶耦合点作为标定值。
公开号为CN105823624A的中国发明专利申请，提出了一种基于光学相干域偏振的大范围标定装置，利用保偏光纤不同对准角度对应不同耦合强度的特点。
该方法在大角度对轴时还满足一定的校准精度，但在小角度对轴时，角度与耦合强度无法用准确的数学模型表述，偏振耦合的标定范围一般都限制在40dB以内。
公开号为CN106768877A的中国发明专利申请，提出了一种基于保偏光纤内部两个熔接点的高阶干涉峰作为标准值进行偏振耦合校准的标定器和方法，该标定器包含起偏器、检偏器、集成Y波导，且两边均引入单模光纤，接头较多，导致标定器内部一阶耦合点和高阶耦合点在时域分布图上产生重叠，无法准确识别。
标定器被接入待校仪器后，测量过程中还需进行光路器件的对轴调整，且对标定器内部器件的光纤引线长度的约束条件过多，导致测量完成后，加大了多阶耦合点的甄别难度。
发明内容
针对现有技术中的标定器存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其采用如下技术方案：
一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，包括光纤偏振分束器、双端口法拉第旋转器、集成Y波导和光纤环；其中：
光纤偏振分束器的分束端口分别与光相干域偏振分析仪连接；光纤偏振分束器的合束端口通过输入引线与双端口法拉第旋转器的输入端口连接；
双端口法拉第旋转器的输出端口通过输出引线与集成Y波导的输入端口连接；
集成Y波导的两个输出端口分别与光纤环的一个端部连接。
优选地，光路在基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器的走向为：
光相干域偏振分析仪发出的偏振光从光纤偏振分束器的一个分束端口输入光纤偏振分束器中，经过光纤偏振分束器的合束端口、双端口法拉第旋转器进入集成Y波导中，在集成Y波导输出端口分为两路分别进入光纤环中传输，在集成Y波导的输入端口重新合束后，沿原光路返回，从光纤偏振分束器的另一个分束端口输出，最终进入光相干域偏振分析仪中。
优选地，所述输入引线和输出引线分别采用保偏光纤。
优选地，偏振光从光纤偏振分束器的一个分束端口快轴方向输入，从合束端口快轴方向输出，偏振光从光纤偏振分束器的合束端口慢轴方向输入，从另一个分束端口慢轴方向输出。
优选地，偏振光从双端口法拉第旋转器的任意一个端口的快轴或者慢轴偏振方向输入后，其反射偏振光从双端口法拉第旋转器的该端口的慢轴或者快轴偏振方向输出。
优选地，所述光纤环两端偏振耦合特征点之间的光纤长度Lring大于光纤偏振分束器光纤长度L1、双端口法拉第旋转器光纤长度L2和集成Y波导输入光纤长度L3的累加之和。
此外，本发明还提出了一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定方法，其采用上述基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，具体技术方案如下：
一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定方法，包括如下步骤：
(1)将光纤偏振分束器的第一分束端口接入到光相干域偏振分析仪中，将光纤环在中间断开，将包含第一耦合点的光纤接入到光相干域偏振分析仪的输入端口中；
(2)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(3)在处得到第一耦合点的偏振耦合值h1；
(4)将包含第二耦合点的光纤接入到光相干域偏振分析仪的输入端口中；
(5)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(6)在处得到第二耦合点的偏振耦合值h2；
(7)重新连接光纤环，确保连接点的熔接消光比大于36dB；
(8)将光纤偏振分束器的第一分束端口和第二分束端口分别接入到光相干域偏振分析仪输出端口和输入端口中；
(9)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(10)在Lring处得到第一耦合点和第二耦合点共同产生的二阶偏振耦合值h1+h2；
其中，第一耦合点和第二耦合点分别对应集成Y波导的两个输出端口；第一分束端口和第二分束端口分别对应光纤偏振分束器的两个分束端口。
本发明具有如下优点：
1.采用双端口法拉第旋转器实现光路来回偏振光的偏振转换，通过采用光纤偏振分束器将入射偏振光从偏振分束器的一个分束端口输入，经集成Y波导和光纤环后，偏振方向旋转90度，从偏振分束器的另一个分束端口输出；光纤偏振分束器比传统使用的光纤环形器有更好的信噪比；2.采用集成Y波导和光纤环组成闭合光路，巧妙地利用集成Y波导的高偏振特性，消除光纤环内部一阶耦合点的影响；3.标定器的结构紧凑、小巧，测量过程中无器件调整，光纤环长度的约束条件单一，干扰信号少，特征耦合点的甄别难度小。
附图说明
图1为本发明中基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器的结构示意图。
其中，1-光纤偏振分束器，2-双端口法拉第旋转器，3-集成Y波导，4-光纤环，101-第一分束端口，102-第二分束端口，301-第一耦合点，302-第二耦合点。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，包括光纤偏振分束器1、双端口法拉第旋转器2、集成Y波导3和光纤环4。其中：
光纤偏振分束器1的分束端口分别与光相干域偏振分析仪连接。光纤偏振分束器1的合束端口通过输入引线与双端口法拉第旋转器2的输入端口连接。
双端口法拉第旋转器2的输出端口通过输出引线与集成Y波导3的输入端口连接。
集成Y波导3的两个输出端口分别与光纤环4的一个端部连接。
光路在基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器的走向为：光相干域偏振分析仪发出的偏振光从光纤偏振分束器1的一个分束端口输入光纤偏振分束器中，经过光纤偏振分束器1的合束端口、双端口法拉第旋转器2进入集成Y波导3中，在集成Y波导3输出端口分为两路分别进入光纤环4中传输。在集成Y波导3的输入端口重新合束后，沿原光路返回，从光纤偏振分束器1的另一个分束端口输出，最终进入光相干域偏振分析仪中。
本实施例中的输入引线和输出引线分别采用保偏光纤。
偏振光在光纤偏振分束器1中的走向方向如下：
偏振光从光纤偏振分束器1的一个分束端口快轴方向输入，从合束端口快轴方向输出，偏振光从光纤偏振分束器1的合束端口慢轴方向输入，从另一个分束端口慢轴方向输出。
偏振光在双端口法拉第旋转器2中的走向方向如下：
偏振光从双端口法拉第旋转器2的任意一个端口的快轴或者慢轴偏振方向输入后，其反射偏振光从该端口的慢轴或者快轴偏振方向输出。
另外，光纤环4两端偏振耦合特征点之间的光纤长度Lring大于光纤偏振分束器光纤长度L1、双端口法拉第旋转器光纤长度L2和集成Y波导输入光纤长度L3的累加之和，即：
Lring>L1+L2+L3。
本发明通过采用全保偏闭环光路设计，巧妙地利用集成Y波导的高偏振特性，消除光纤环内部一阶耦合点的影响，标定器结构简单，测量过程无需调节，其二阶偏振耦合值稳定，将光相干域偏振分析仪的标定范围，从一阶耦合点扩大到二阶耦合点。
本实施例中，定义光纤偏振分束器的两个分束端口分别为第一分束端口101和第二分束端口102，定义集成Y波导的两个输出端口分别为第一耦合点301和第二耦合点302。
如图1所示，一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定方法，包括如下步骤：
(1)将光纤偏振分束器的第一分束端口101接入到光相干域偏振分析仪中，将光纤环在中间断开，将包含第一耦合点301的光纤接入到光相干域偏振分析仪的输入端口中；
(2)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(3)在处得到第一耦合点301的偏振耦合值h1；
(4)将包含第二耦合点302的光纤接入到光相干域偏振分析仪的输入端口中；
(5)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(6)在处得到第二耦合点302的偏振耦合值h2；
(7)重新连接光纤环，确保连接点的熔接消光比大于36dB；
(8)将光纤偏振分束器的第一分束端口101和第二分束端口102分别接入到光相干域偏振分析仪输出端口和输入端口中；
(9)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(10)在Lring处得到第一耦合点和第二耦合点共同产生的二阶偏振耦合值h1+h2。
本发明采用集成Y波导和光纤环组成闭合光路，巧妙地利用集成Y波导的高偏振特性，消除了光纤环内部一阶耦合点的影响；另外，标定器的结构紧凑、小巧，测量过程中无器件调整，光纤环长度的约束条件单一，干扰信号少，非常容易进行二阶特征耦合点的甄别和分析。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，包括光纤偏振分束器、双端口法拉第旋转器、集成Y波导和光纤环；其中：
光纤偏振分束器的两个分束端口分别与光相干域偏振分析仪连接；光纤偏振分束器的合束端口通过输入引线与双端口法拉第旋转器的输入端口连接；
双端口法拉第旋转器的输出端口通过输出引线与集成Y波导的输入端口连接；
集成Y波导的两个输出端口分别与光纤环的一个端部连接。
2.根据权利要求1所述的基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，光路在基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器的走向为：
光相干域偏振分析仪发出的偏振光从光纤偏振分束器的一个分束端口输入光纤偏振分束器中，经过光纤偏振分束器的合束端口、双端口法拉第旋转器进入集成Y波导中，在集成Y波导输出端口分为两路分别进入光纤环中传输，在集成Y波导的输入端口重新合束后，沿原光路返回，从光纤偏振分束器的另一个分束端口输出，最终进入光相干域偏振分析仪中。
3.根据权利要求1所述的基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，所述输入引线和输出引线分别采用保偏光纤。
4.根据权利要求2所述的基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，偏振光从光纤偏振分束器的一个分束端口快轴方向输入，从合束端口快轴方向输出，偏振光从光纤偏振分束器的合束端口慢轴方向输入，从另一个分束端口慢轴方向输出。
5.根据权利要求2所述的基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，偏振光从双端口法拉第旋转器的任意一个端口的快轴或者慢轴偏振方向输入后，其反射偏振光从双端口法拉第旋转器的该端口的慢轴或者快轴偏振方向输出。
6.根据权利要求1所述的基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，所述光纤环两端偏振耦合特征点之间的光纤长度Lring大于光纤偏振分束器光纤长度L1、双端口法拉第旋转器光纤长度L2和集成Y波导输入光纤长度L3的累加之和，即Lring>L1+L2+L3。
7.一种基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定方法，基于上述权利要求6所述的基于集成Y波导结构的偏振耦合分布标定器，其特征在于，标定方法包括如下步骤：
(1)将光纤偏振分束器的第一分束端口接入到光相干域偏振分析仪中，将光纤环在中间断开，将包含第一耦合点的光纤接入到光相干域偏振分析仪的输入端口中；
(2)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(3)在处得到第一耦合点的偏振耦合值h1；
(4)将包含第二耦合点的光纤接入到光相干域偏振分析仪的输入端口中；
(5)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(6)在处得到第二耦合点的偏振耦合值h2；
(7)重新连接光纤环，确保连接点的熔接消光比大于36dB；
(8)将光纤偏振分束器的第一分束端口和第二分束端口分别接入到光相干域偏振分析仪输出端口和输入端口中；
(9)设置光相干域偏振分析仪的扫描长度L，确保L>Lring+L1+L2+L3；
(10)在Lring处得到第一耦合点和第二耦合点共同产生的二阶偏振耦合值h1+h2；
其中，第一耦合点和第二耦合点分别对应集成Y波导的两个输出端口；第一分束端口和第二分束端口分别对应光纤偏振分束器的两个分束端口。
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