CN109946042B - 一种y型波导耦合精度的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Y型波导耦合精度的测量方法及装置，其通过测量待测Y型波导长度、输入尾纤长度和输出尾纤长度值；预设测试温度下，输出线偏振光给待测Y型波导的输入尾纤，待测Y型波导的其中任意一个输出尾纤的输出光经过检偏模块检偏和干涉模块干涉后，测量对应输出光的光谱数据；并依据待测Y型波导、输入尾纤和输出尾纤长度及对应的折射率差值，计算得到该预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的耦合精度。
Description
技术领域
本发明属于Y型波导耦合测量领域，具体涉及一种Y型波导耦合精度的测量方法及装置。
背景技术
光纤陀螺是现代惯性导航中最基础、最核心的角速度测量装置之一。小型化、高精度、低成本是光纤陀螺的未来趋势，也是世界各国惯性技术领域重点发展的核心和关键技术。经过数十年的发展，光纤陀螺精度已接近其理论预测极限，并在零偏稳定性和长期零偏稳定性方面超过激光陀螺。
对于常规光纤陀螺来说，依靠高消光比多功能集成光学调制器和高性能超长保偏光纤敏感环可以提升其性能。高消光比多功能集成光学调制器主要由带有输入、输出保偏尾纤以合适角度对轴的Y型双折射波导组成。
Y型波导与尾纤耦合点处对轴角度以及波导消光比的测试情况直接决定了光纤陀螺的测试精度和测量稳定性，同时，Y型波导与尾纤耦合点处的各参数情况会随着温度会发生变化，因此，如何进行Y型波导与尾纤耦合点处的各参数的精确测量成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Y型波导耦合精度的测量方法及装置，其通过测量不同温度下Y型波导特征峰对应的偏振耦合幅值和对轴角度，以此判断待测Y型波导的耦合精度，从而为高精度光纤陀螺筛选Y型波导光学参数提供了一种简便的方法。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种Y型波导耦合精度的测量方法，具体步骤为：
S1.测量待测Y型波导长度、输入尾纤长度和输出尾纤长度值；
S2.预设测试温度下，输出线偏振光给待测Y型波导的输入尾纤，待测Y型波导的其中任意一个输出尾纤的输出光经过检偏模块检偏和干涉模块干涉后，测量对应输出光的光谱数据；并依据待测Y型波导、输入尾纤和输出尾纤长度及对应的折射率差值计算得到该预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；
S3.测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的耦合精度。
作为本发明的进一步改进，步骤S3具体为：
所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值的最大值与最小值的差值小于预设阈值，且所有预设测试温度下对应的对轴角度的最大值与最小值的差值小于预设阈值时，该待测Y型波导与尾纤的耦合精度达标。
作为本发明的进一步改进，所有预设测试温度为-40℃～+60℃全温测试条件下对应的待测温度点。
作为本发明的进一步改进，可通过检测模块的数据采集卡的测试数据读取预设测试温度下待测Y型波导特征峰对应的偏振耦合幅值。
作为本发明的进一步改进，干涉模块包括Mach-Zehnder干涉仪，Mach-Zehnder干涉仪自动调节臂长差发生干涉。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种Y型波导耦合精度的测量装置，该测试装置包括依次连接的光源模块、起偏模块、设于温箱中的待测Y型波导、检偏模块、干涉模块和检测模块，起偏模块的输出尾纤与待测Y型波导的输入尾纤以0°对轴熔接，待测Y型波导的输出尾纤与检偏模块的输入尾纤以0°对轴熔接，光源模块包括低偏振光源和保偏输出尾纤，光源模块用于提供工作于待测Y型波导工作频段的低偏振光，
测量待测Y型波导长度、输入尾纤长度和输出尾纤长度值；
预设测试温度下，测量干涉模块的输出光的光谱数据；并依据待测Y型波导、输入尾纤和输出尾纤长度及对应的折射率差值计算得到该预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；
测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的耦合精度。
作为本发明的进一步改进，判断待测Y型波导的耦合精度具体为：
所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值的最大值与最小值的差值小于预设阈值，且所有预设测试温度下对应的对轴角度的最大值与最小值的差值小于预设阈值时，该待测Y型波导与尾纤的耦合精度达标。
作为本发明的进一步改进，所有预设测试温度为-40℃～+60℃全温测试条件下对应的待测温度点。
作为本发明的进一步改进，可通过检测模块的数据采集卡的测试数据读取预设测试温度下待测Y型波导特征峰对应的偏振耦合幅值。
作为本发明的进一步改进，干涉模块包括Mach-Zehnder干涉仪，Mach-Zehnder干涉仪通过调节臂长差发生干涉。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种Y型波导与尾纤耦合参数的测量方法及装置，其通过将线偏振光输入Y型波导并通过干涉模块干涉后测得的对应的光谱数据，并结合Y型波导的其他光学参数计算得到Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，解决了Y型波导与尾纤耦合对轴角度和偏振耦合全温变化量的测量和计算问题，同时也为高精度光纤陀螺筛选Y型波导光学芯片参数的测试和评估提供了一种简便的方法。
本发明的一种Y型波导与尾纤耦合参数的测量方法及装置，其通过评估高精度Y型波导与尾纤耦合处对轴角度以及偏振串音随着温度变化(-40℃～+60℃)的情况，从而进一步提高了Y型波导与尾纤耦合对轴角度和偏振耦合全温变化量的测量的测试精度。
本发明的一种Y型波导与尾纤耦合参数的测量方法及装置，提供了一种相对便捷的测量全温条件下Y型波导与尾纤耦合点处对轴角度全温变化量以及偏振串音全温变化量的方法，测量装置和解算方法简单，易于指导工程实践和批量化测试。
附图说明
图1为本发明实施例的一种Y型波导耦合精度的测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种Y型波导耦合精度的测量方法的示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-ASE光源，1-1-ASE光源输出尾纤、2-起偏器、2-1-起偏器输入尾纤、2-2-起偏器输出尾纤、3-温箱、4-待测Y型波导、4-1-待测Y型波导输入尾纤、4-2-待测Y型波导输出尾纤、4-3-待测Y型波导输出尾纤、5-检偏器、5-1-检偏器输入尾纤、5-2-检偏器输出尾纤、6-Mach-Zehnder干涉仪、6-1-Mach-Zehnder干涉仪输入尾纤、6-2-Mach-Zehnder干涉仪输出尾纤和7-探测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
一种Y型波导耦合精度的测量方法，其特征在于，具体步骤为：
S1.测量待测Y型波导长度、输入尾纤长度和输出尾纤长度值；
S2.预设测试温度下，输出线偏振光给待测Y型波导的输入尾纤，待测Y型波导的其中任意一个输出尾纤的输出光经过检偏模块检偏和干涉模块干涉后测量对应输出光的光谱数据；并依据待测Y型波导、输入尾纤和输出尾纤长度及对应的折射率差值计算得到该预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；
具体为：线偏振光可通过工作于待测Y型波导工作频段的低偏振ASE光源产生，该ASE光源的输出尾纤为保偏光纤，干涉模块包括Mach-Zehnder干涉仪，Mach-Zehnder干涉仪自动调节臂长差发生干涉；
输入待测Y型波导的长度LY、输入尾纤长度LYin、输出尾纤长度LYout1和LYout2的测量值，通过检测模块的数据采集卡的测试数据读取对应测试温度下待测Y型波导特征峰，从而得到所对应的偏振耦合幅值；
进一步地，通过公式ECouple＝10×log10(tan2(Δθ))计算可以得到对应测试温度下的该测试装置的特征峰所对应的对轴角度，其中，Δθ为对应测试温度下的该测试装置的特征峰所对应的对轴角度，ECouple为对应测试温度下的该测试装置的特征峰所对应的偏振耦合幅值的归一化值。
S3.测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的耦合精度。具体为：
所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值的最大值与最小值的差值小于预设阈值，且所有预设测试温度下对应的对轴角度的最大值与最小值的差值小于预设阈值时，该待测Y型波导与尾纤的耦合精度达标；所有预设测试温度为-40℃～+60℃全温测试条件下对应的待测温度点。
图1为本发明实施例的一种Y型波导耦合精度的测量装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括依次连接的光源模块、起偏模块、设于温箱中的待测Y型波导、检偏模块、干涉模块和检测模块，其中，
光源模块优选工作于待测Y型波导工作频段的低偏振ASE光源1，该ASE光源1的输出尾纤1-1为保偏光纤，该光源模块用于提供工作于待测Y型波导工作频段的低偏振光；
起偏模块包括45°起偏器2，起偏器2的输入尾纤与ASE光源1的输出尾纤1-1以0°对轴熔接，以确保ASE光源1输出的线宽谱光源光注入45°起偏器2，起偏器2的输出尾纤2-2与待测Y型波导4的输入尾纤4-1以0°对轴熔接；
检偏模块包括45°检偏器5，45°检偏器5的输入尾纤5-1与待测Y型波导4的输出尾纤4-2以0°对轴熔接；
干涉模块优选Mach-Zehnder干涉仪(MZI)6，该Mach-Zehnder干涉仪(MZI)6可以自动调节臂长差使其产生的两臂光波列发生干涉后进入检测模块。
检测模块包括依次连接的探测器7、数据采集卡(DAQ)8和显示器9，探测器7的输入信号经过光电转换后的信号通过数据采集卡(DAQ)8进行数据采集，并通过显示器9进行可视化。
图2为本发明实施例的一种Y型波导耦合精度的测量方法的示意图。如图2所示，测量待测Y型波导4的长度LY、输入尾纤长度LYin、输出尾纤长度LYout1和LYout2，进一步计算得到待测Y型波导扫描光程SY＝ΔnY*LY、输入尾纤扫描光程SYin＝Δnfiber*LYin、输出尾纤扫描光程SYout1＝Δnfiber*LYout1和SYout2＝Δnfiber*LYout2，其中，ΔnY、Δnfiber分别为Y型波导、输入/输出尾纤的折射率差值；
预设测试温度下，测量该测量装置接入待测Y型波导时偏振串音数据，对应测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；具体地，输入待测Y型波导4的长度LY、输入尾纤长度LYin、输出尾纤长度LYout1和LYout2的测量值，通过检测模块的数据采集卡的测试数据读取对应测试温度下待测Y型波导特征峰，从而得到所对应的偏振耦合幅值；作为一种优选的方案，可测量该测试装置的系统本底噪声，测量该测量装置不接入待测Y型波导时的偏振串音数据即为该测试装置的系统本底噪声，结合系统本地噪声确定对应测试温度下待测Y型波导特征峰。
进一步地，通过公式ECouple＝10×log10(tan2(Δθ))计算可以得到对应测试温度下的该测试装置的特征峰所对应的对轴角度，其中，Δθ为对应测试温度下的该测试装置的特征峰所对应的对轴角度，ECouple为对应测试温度下的该测试装置的特征峰所对应的偏振耦合幅值的归一化值。
测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的精度。具体为，所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值的最大值与最小值的差值小于预设阈值，且所有预设测试温度下对应的对轴角度的最大值与最小值的差值小于预设阈值时，该待测Y型波导与尾纤的耦合精度达标，否则，该待测Y型波导与尾纤的耦合不达标。所有预设测试温度即为-40℃～+60℃全温测试条件下对应的待测温度点。
该测量装置可测量全温条件下Y型波导尤其是Y型LiNbO3波导与尾纤耦合点处对轴角度和偏振耦合全温变化量，解决了Y型波导与尾纤耦合对轴角度和偏振耦合全温变化量的测量和计算问题，同时也为高精度光纤陀螺筛选和评估Y型波导提供了一种简便的方法。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Y型波导耦合精度的测量方法，其特征在于，具体步骤为：
S1.测量待测Y型波导长度、输入尾纤长度和输出尾纤长度值；
S2.预设测试温度下，输出线偏振光给待测Y型波导的输入尾纤，待测Y型波导的其中任意一个输出尾纤的输出光经过检偏模块检偏和干涉模块干涉后，测量对应输出光的光谱数据；并依据待测Y型波导、输入尾纤和输出尾纤长度及对应的折射率差值，计算得到该预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；
S3.测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的耦合精度。
2.根据权利要求1所述的一种Y型波导耦合精度的测量方法，其特征在于，步骤S3具体为：
所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值的最大值与最小值的差值小于预设阈值，且所有预设测试温度下对应的对轴角度的最大值与最小值的差值小于预设阈值时，该待测Y型波导与尾纤的耦合精度达标。
3.根据权利要求1或2所述的一种Y型波导耦合精度的测量方法，其特征在于，所有预设测试温度为-40℃～+60℃全温测试条件下对应的待测温度点。
4.根据权利要求1或2所述的一种Y型波导耦合精度的测量方法，其特征在于，通过检测模块的数据采集卡的测试数据读取预设测试温度下待测Y型波导特征峰对应的偏振耦合幅值。
5.根据权利要求1或2所述的一种Y型波导耦合精度的测量方法，其特征在于，所述干涉模块包括Mach-Zehnder干涉仪，所述Mach-Zehnder干涉仪通过调节臂长差发生干涉。
6.一种Y型波导耦合精度的测量装置，该测量装置包括依次连接的光源模块、起偏模块、设于温箱中的待测Y型波导、检偏模块、干涉模块和检测模块，所述起偏模块的输出尾纤与待测Y型波导的输入尾纤以0°对轴熔接，待测Y型波导的输出尾纤与检偏模块的输入尾纤以0°对轴熔接，所述光源模块包括低偏振光源和保偏输出尾纤，所述光源模块用于提供工作于待测Y型波导工作频段的低偏振光，其特征在于，
测量待测Y型波导长度、输入尾纤长度和输出尾纤长度值；
预设测试温度下，测量干涉模块的输出光的光谱数据；并依据待测Y型波导、输入尾纤和输出尾纤长度及对应的折射率差值计算得到该预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度；
测量所有预设测试温度下待测Y型波导特征峰所对应的偏振耦合幅值和对轴角度，并依据所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值和对轴角度的数据判断待测Y型波导的耦合精度。
7.根据权利要求6所述的一种Y型波导耦合精度的测量装置，其特征在于，判断待测Y型波导的耦合精度具体为：
所有预设测试温度下对应的偏振耦合幅值的最大值与最小值的差值小于预设阈值，且所有预设测试温度下对应的对轴角度的最大值与最小值的差值小于预设阈值时，该待测Y型波导与尾纤的耦合精度达标。
8.根据权利要求6或7所述的一种Y型波导耦合精度的测量装置，其特征在于，所有预设测试温度为-40℃～+60℃全温测试条件下对应的待测温度点。
9.根据权利要求6或7所述的一种Y型波导耦合精度的测量装置，其特征在于，通过检测模块的数据采集卡的测试数据读取预设测试温度下待测Y型波导特征峰对应的偏振耦合幅值。
10.根据权利要求6或7所述的一种Y型波导耦合精度的测量装置，其特征在于，所述干涉模块包括Mach-Zehnder干涉仪，所述Mach-Zehnder干涉仪通过调节臂长差发生干涉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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