CN110243477B - 一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪 - Google Patents
一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110243477B CN110243477B CN201910631553.XA CN201910631553A CN110243477B CN 110243477 B CN110243477 B CN 110243477B CN 201910631553 A CN201910631553 A CN 201910631553A CN 110243477 B CN110243477 B CN 110243477B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- dispersion compensation
- polarization state
- pulse laser
- beams
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 158
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 132
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 26
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 102100040678 Programmed cell death protein 1 Human genes 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 101710089372 Programmed cell death protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J4/00—Measuring polarisation of light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J4/00—Measuring polarisation of light
- G01J4/04—Polarimeters using electric detection means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明提供一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，包括包括依次相连的分光装置、色散补偿装置、光电探测器和分析仪器，其中分光装置用于将输入的脉冲激光分成四束光；色散补偿装置用于对四束光分别进行色散补偿，以分别实现四束光展宽，基于色散傅里叶变换分别将所述四束光的频域信息转换为时域信息；光电探测器对色散补偿后的所述四束光进行探测，获得对应的四个电信号；分析仪器根据所述四个电信号对所述脉冲激光进行实时偏振态分析。本发明可以对超快脉冲激光的斯托克斯矩阵进行实时准确测量。
Description
技术领域
本发明属于偏振态分析仪领域，具体涉及一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪。
背景技术
脉冲激光的偏振态对于激光的描述和调节也是非常重要的一个方面。传统的单光路测量方法中，利用四分之一波片对偏振态进行控制，再用光电探测器对信号进行接收，传统的单光路偏振测量虽然结构简单，但是不能一次性测出偏振态所有参量，需要重复四次测量，才能得到完整描述偏振态的斯托克斯矩阵，无法实现实时测量激光脉冲的偏振态。在基于分振幅法的光路中，利用分束器将入射光束分为四束光，同时对每一束光的偏振态进行控制和测量，一次性得到所有的偏振参量，达到实时测量，但是传统的基于分振幅法的光路仍然无法精准测量超快脉冲激光的偏振态。
发明内容
本发明提供一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，以解决目偏振态分析仪无法对超快脉冲激光的偏振态进行实时准确测量的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，包括依次相连的分光装置、色散补偿装置、光电探测器和分析仪器，其中所述分光装置用于将输入的脉冲激光分成四束光；所述色散补偿装置用于对所述四束光分别进行色散补偿，以分别实现四束光展宽，基于色散傅里叶变换分别将所述四束光的频域信息转换为时域信息；所述光电探测器对色散补偿后的所述四束光进行探测，获得对应的四个电信号；所述分析仪器根据所述四个电信号对所述脉冲激光进行实时偏振态分析；
在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析之前，将偏振态已知的定标脉冲激光传输给所述分光装置，所述分光装置将所述定标脉冲激光分成四束标定光，所述色散补偿装置对所述四束标定光进行色散补偿，所述光电探测器对所述四束标定光进行探测，获得对应的四个标定电信号，所述分析仪器根据所述四个标定电信号，得到所述定标脉冲激光的光强矩阵，根据所述定标脉冲激光的光强矩阵及用于表示其偏振态的斯托克斯矩阵，得到系统矩阵；
在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析时，将偏振态未知的超快脉冲激光传输给所述分光装置，所述分光装置将所述超快脉冲激光分成四束待测光，所述色散补偿装置对所述四束待测光进行色散补偿，所述光电探测器对所述四束待测光进行探测，获得对应的四个待测电信号，所述分析仪器根据所述四个待测电信号，得到所述超快脉冲激光的光强矩阵，根据所述超快脉冲激光的光强矩阵以及所述系统矩阵，得到用于表示所述超快脉冲激光的偏振态的斯托克斯矩阵。
在一种可选的实现方式中，还包括偏振态调整装置，所述偏振态调节装置设置在所述色散补偿装置之前，用于将所述四束光进行偏振态调整，并将偏振态调整后的四束光传输给所述色散补偿装置。
在另一种可选的实现方式中，还包括光束强度调整装置，所述光束强度调整装置设置在所述光电探测器之前，用于对所述四束光的强度进行调整，以将所述四束光调整成标准的空间光。
在另一种可选的实现方式中，所述分光装置包括三个分束器，所述色散补偿装置为四根衍射光栅，其中第一分束器的输入端用于输入脉冲激光，对所述脉冲激光进行反射和透射，将反射光传输给第二分束器，将透射光作为第一束光传输给第一衍射光栅；第二分束器在接收到所述第一分束器的反射光后，对其接收到的反射光进行反射和透射，将反射光传输给第三分束器，将透射光作为第二束光传输给所述第二衍射光栅；第三分束器在接收到所述第二分束器的反射光后，对其接收到的反射光进行反射和透射，将反射光作为第四束光传输给第四衍射光栅，将透射光作为第三束光传输给所述第三衍射光栅；
所述第一至第四衍射光栅对应地对第一至第四束光进行色散补偿。
在另一种可选的实现方式中，还包括四个四分之一波片，其中第一四分之一波片设置在所述第一分束器与第一衍射光栅之间，所述第一分束器将透射光作为第一束光传输给该第一四分之一波片，该第一四分之一波片将线偏振态的第一束光转换为圆偏振态的第一束光，并将转换为圆偏振态的第一束光传输给所述第一衍射光栅；
第二四分之一波片设置在所述第二分束器与第二衍射光栅之间，所述第二分束器将透射光作为第二束光传输给该第二四分之一波片，该第二四分之一波片将线偏振态的第二束光转换为圆偏振态的第二束光，并将转换为圆偏振态的第二束光传输给所述第二衍射光栅；
第三四分之一波片设置在所述第三分束器与第三衍射光栅之间，所述第三分束器将透射光作为第三束光传输给该第三四分之一波片，该第三四分之一波片将线偏振态的第三束光转换为圆偏振态的第三束光，并将转换为圆偏振态的第三束光传输给所述第三衍射光栅；
第四四分之一波片设置在所述第三分束器与第四衍射光栅之间，所述第三分束器将反射光作为第四束光传输给该第四四分之一波片，该第四四分之一波片将线偏振态的第四束光转换为圆偏振态的第四束光，并将转换为圆偏振态的第四束光传输给所述第四衍射光栅。
在另一种可选的实现方式中，还包括四个光阑，所述光电探测器为四个且分别与所述分析仪器连接，其中第一光阑设置在所述第一衍射光栅与第一光电探测器之间，所述第一衍射光栅将色散补偿后的第一束光传输给所述第一光阑，所述第一光阑对色散补偿后的第一束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第一束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第一束光传输给所述第一光电探测器；
第二光阑设置在所述第二衍射光栅与第二光电探测器之间，所述第二衍射光栅将色散补偿后的第二束光传输给所述第二光阑，所述第二光阑对色散补偿后的第二束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第二束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第二束光传输给所述第二光电探测器；
第三光阑设置在所述第三衍射光栅与第三光电探测器之间，所述第三衍射光栅将色散补偿后的第三束光传输给所述第三光阑，所述第三光阑对色散补偿后的第三束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第三束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第三束光传输给所述第三光电探测器；
第四光阑设置在所述第四衍射光栅与第四光电探测器之间，所述第四衍射光栅将色散补偿后的第四束光传输给所述第四光阑，所述第四光阑对色散补偿后的第四束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第四束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第四束光传输给所述第四光电探测器；
所述第一至第四光电探测器对应对第一至第四束光进行探测，获得对应的第一至第四电信号。
在另一种可选的实现方式中，所述分光装置包括三个耦合器，所述光电探测器为四个且分别与该分析仪器连接，所述色散补偿装置为四根色散补偿光纤，其中第一耦合器的输入端输入脉冲激光，第一输出端连接第二耦合器的输入端，第二输出端连接第一色散补偿光纤，用于将该脉冲激光按对应比例分成第一中间光束和第一束光，将该第一中间光束传输给该第二耦合器的输入端，将该第一束光传输给第一色散补偿光纤；第二耦合器的第一输出端连接第三耦合器的输入端，第二输出端连接第二色散补偿光纤，用于将该第一中间光束按对应比例分成第二中间光束和第二束光，将该第二中间光束传输给该第三耦合器的输入端，将该第二束光传输给第二色散补偿光纤；第三耦合器的第一输出端连接第三色散补偿光纤，第二输出端连接第四色散补偿光纤，用于将该第二中间光束按对应比例分成第三束光和第四束光，将该第三束光传输给该第三色散补偿光纤，将第四束光传输给第四色散补偿光纤；
所述第一至第四色散补偿光纤对应对第一至第四束光进行色散补偿，并将色散补偿后的第一至第四束光对应传输给第一至第四光电探测器；所述第一至第四光电探测器对应对第一至第四束光进行探测，获得对应的第一至第四电信号。
在另一种可选的实现方式中，所述第一耦合器的第一输出端与第二耦合器的输入端之间设置有第一偏振控制器，所述第二耦合器的第一输出端与第三耦合器的输入端之间设置有第二偏振控制器，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器用于对偏振态进行调整。
在另一种可选的实现方式中，所述第一至第三耦合器为光电耦合器，第一至第四色散补偿光纤的输出端连接波形监控装置，所述波形监控装置用于对所述第一至第四色散补偿光纤输出的色散补偿后的第一至第四束光进行波形监测，根据监测到的波形，对提供给所述第一至第三耦合器的电信号进行调节，从而对色散补偿后的第一至第四束光的强度进行调整，以使色散补偿后的第一束光至第四束光调整成标准的空间光。
在另一种可选的实现方式中，所述分析仪器得到的光强矩阵等于脉冲激光的斯托克斯矩阵乘以所述系统矩阵，在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析之前，在所述分析仪器得到所述系统矩阵后，首先判断所述系统矩阵的行列式是否为零，若为零，则表示该系统矩阵不存在逆矩阵，将偏振态已知的另一定标脉冲激光传输给所述分光装置；若不为零，则表示该系统矩阵存在逆矩阵，开始对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析。
本发明的有益效果是：
1、本发明在对超快脉冲激光的偏振态进行分析时，首先基于分振幅法利用分光装置将超快脉冲激光分成四束待测光，对四束待测光同时进行偏振态分析，可以一次性得到所有的偏振参数，达到实时测量；本发明在对超快脉冲激光的偏振态进行分析之前，首先进行系统标定，将偏振态已知的标定脉冲激光输入至本发明偏振分析仪中，使分析仪器获得光强矩阵，根据该光强矩阵以及偏振态已知的标定脉冲激光的斯托克斯矩阵，获得系统矩阵，此后再对超快脉冲激光的偏振态进行分析，将偏振态未知的超快脉冲激光输入至本发明偏振分析仪中，此时分析仪器将获得待测超快脉冲激光的光强矩阵，由于系统矩阵已知，因此根据此时获得的待测超快脉冲激光的光强矩阵以及系统矩阵，就可以得出该待测超快脉冲激光的斯托克斯矩阵；可见，本发明可以对超快脉冲激光的斯托克斯矩阵进行实时准确测量；
2、本发明通过在色散补偿装置之前设置偏振态调整装置，可以方便色散补偿装置对四束光进行处理，简化后续矩阵计算复杂度；
3、本发明通过在光电探测器之前设置光束强度调整装置，将四束光调整为标准的空间光，可以便于后续分析仪器进行分析。
附图说明
图1是本发明实时全光谱脉冲激光偏振分析仪的一个实施例方框图；
图2是本发明实时全光谱脉冲激光偏振分析仪的一个实施例结构示意图；
图3是本发明实时全光谱脉冲激光偏振分析仪的另一个实施例结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图1，为本发明实时全光谱脉冲激光偏振分析仪的一个实施例方框图。该实时全光谱脉冲激光偏振分析仪可以包括依次相连的分光装置、色散补偿装置、光电探测器和分析仪器，其中所述分光装置用于将输入的脉冲激光分成四束光；所述色散补偿装置用于对所述四束光分别进行色散补偿，以分别实现四束光展宽，基于色散傅里叶变换分别将所述四束光的频域信息转换为时域信息；所述光电探测器对色散补偿后的所述四束光进行探测，获得对应的四个电信号；所述分析仪器根据所述四个电信号对所述脉冲激光进行实时偏振态分析；在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析之前，将偏振态已知的定标脉冲激光传输给所述分光装置，所述分光装置将所述定标脉冲激光分成四束标定光，所述色散补偿装置对所述四束标定光进行色散补偿，所述光电探测器对所述四束标定光进行探测，获得对应的四个标定电信号，所述分析仪器根据所述四个标定电信号，得到所述定标脉冲激光的光强矩阵，根据所述定标脉冲激光的光强矩阵及用于表示其偏振态的斯托克斯矩阵，得到系统矩阵；在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析时，将偏振态未知的超快脉冲激光传输给所述分光装置，所述分光装置将所述超快脉冲激光分成四束待测光，所述色散补偿装置对所述四束待测光进行色散补偿，所述光电探测器对所述四束待测光进行探测，获得对应的四个待测电信号，所述分析仪器根据所述四个待测电信号，得到所述超快脉冲激光的光强矩阵，根据所述超快脉冲激光的光强矩阵以及所述系统矩阵，得到用于表示所述超快脉冲激光的偏振态的斯托克斯矩阵。
本实施例中，在对超快脉冲激光的偏振态进行分析时，首先基于分振幅法利用分光装置将超快脉冲激光分成四束待测光，对四束待测光同时进行偏振态分析，可以一次性得到所有的偏振参数，达到实时测量。由于超快脉冲激光的脉冲宽度是在ps甚至fs量级，光电探测器很难探测到超快脉冲激光的偏振态，因此本发明在利用分光装置将超快脉冲激光分成四束待测光后，对四束待测光进行色散补偿，使四束待测光的脉冲宽度扩宽(即实现四束光展宽)，如此光电探测器将能探测到展宽后的四束待测光，但是此时光电探测器探测到的四束待测光并不是超快脉冲激光的分束光，因而分析仪器得到的光强矩阵并不是超快脉冲激光的斯托克斯矩阵。为此，本发明在对超快脉冲激光的偏振态进行分析之前，首先进行系统标定，将偏振态已知的标定脉冲激光输入至本发明偏振分析仪中，使分析仪器获得光强矩阵，根据该光强矩阵以及偏振态已知的标定脉冲激光的斯托克斯矩阵，获得系统矩阵，此后再对超快脉冲激光的偏振态进行分析，将偏振态未知的超快脉冲激光输入至本发明偏振分析仪中，此时分析仪器将获得待测超快脉冲激光的光强矩阵，由于系统矩阵已知，因此根据此时获得的待测超快脉冲激光的光强矩阵以及系统矩阵，就可以得出该待测超快脉冲激光的斯托克斯矩阵。可见，本发明可以对超快脉冲激光的斯托克斯矩阵进行实时准确测量。
此外，为了方便色散补偿装置对四束光进行处理，简化后续矩阵计算复杂度，本发明偏振分析仪还包括偏振态调整装置，所述偏振态调节装置设置在所述色散补偿装置之前，用于对所述四束光进行偏振态调整，并将偏振态调整后的四束光传输给所述色散补偿装置。为了将四束光调整为标准的空间光，便于后续分析仪器进行分析，还包括光束强度调整装置，所述光束强度调整装置设置在所述光电探测器之前，用于对所述四束光的强度进行调整，以将所述四束光调整成标准的空间光。本发明中所述分析仪器得到的光强矩阵等于脉冲激光的斯托克斯矩阵乘以所述系统矩阵，在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析之前，在所述分析仪器得到所述系统矩阵后，首先判断所述系统矩阵的行列式是否为零，若为零，则表示该系统矩阵不存在逆矩阵，将偏振态已知的另一定标脉冲激光传输给所述分光装置；若不为零，则表示该系统矩阵存在逆矩阵，开始对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析。
参见图2，为本发明实时全光谱脉冲激光偏振分析仪的一个实施例结构示意图。该实时全光谱脉冲激光偏振分析仪中所述分光装置包括三个分束器，所述色散补偿装置为四根衍射光栅，其中第一分束器BS1的输入端用于输入脉冲激光，对所述脉冲激光进行反射和透射，将反射光传输给第二分束器BS2，将透射光作为第一束光传输给第一衍射光栅S1；第二分束器BS2在接收到所述第一分束器BS1的反射光后，对其接收到的反射光进行反射和透射，将反射光传输给第三分束器BS3，将透射光作为第二束光传输给所述第二衍射光栅S2；第三分束器BS3在接收到所述第二分束器BS2的反射光后，对其接收到的反射光进行反射和透射，将反射光作为第四束光传输给第四衍射光栅S4，将透射光作为第三束光传输给所述第三衍射光栅S3；所述第一至第四衍射光栅S1-S4对应地对第一至第四束光进行色散补偿。
另外，本实施例偏振分析仪还包括四个四分之一波片，其中第一四分之一波片G1设置在所述第一分束器BS1与第一衍射光栅S1之间，所述第一分束器BS1将透射光作为第一束光传输给该第一四分之一波片G1，该第一四分之一波片G1将线偏振态的第一束光转换为圆偏振态的第一束光，并将转换为圆偏振态的第一束光传输给所述第一衍射光栅S1；第二四分之一波片G2设置在所述第二分束器BS2与第二衍射光栅S2之间，所述第二分束器BS2将透射光作为第二束光传输给该第二四分之一波片G2，该第二四分之一波片G2将线偏振态的第二束光转换为圆偏振态的第二束光，并将转换为圆偏振态的第二束光传输给所述第二衍射光栅S2；第三四分之一波片G3设置在所述第三分束器BS3与第三衍射光栅S3之间，所述第三分束器BS3将透射光作为第三束光传输给该第三四分之一波片G3，该第三四分之一波片G3将线偏振态的第三束光转换为圆偏振态的第三束光，并将转换为圆偏振态的第三束光传输给所述第三衍射光栅S3；第四四分之一波片G4设置在所述第三分束器BS3与第四衍射光栅S4之间，所述第三分束器BS3将反射光作为第四束光传输给该第四四分之一波片G4，该第四四分之一波片G4将线偏振态的第四束光转换为圆偏振态的第四束光，并将转换为圆偏振态的第四束光传输给所述第四衍射光栅S4。
本实施例偏振分析仪还包括四个光阑(图中未示出)，所述光电探测器为四个PD1-PD4且分别与所述分析仪器连接，其中第一光阑设置在所述第一衍射光栅S1与第一光电探测器PD1之间，所述第一衍射光栅S1将色散补偿后的第一束光传输给所述第一光阑，所述第一光阑对色散补偿后的第一束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第一束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第一束光传输给所述第一光电探测器PD1；第二光阑设置在所述第二衍射光栅S2与第二光电探测器PD2之间，所述第二衍射光栅S2将色散补偿后的第二束光传输给所述第二光阑，所述第二光阑对色散补偿后的第二束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第二束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第二束光传输给所述第二光电探测器PD2；第三光阑设置在所述第三衍射光栅S3与第三光电探测器PD3之间，所述第三衍射光栅S3将色散补偿后的第三束光传输给所述第三光阑，所述第三光阑对色散补偿后的第三束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第三束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第三束光传输给所述第三光电探测器PD3；第四光阑设置在所述第四衍射光栅S4与第四光电探测器PD4之间，所述第四衍射光栅S4将色散补偿后的第四束光传输给所述第四光阑，所述第四光阑对色散补偿后的第四束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第四束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第四束光传输给所述第四光电探测器PD4；所述第一至第四光电探测器PD1-PD4对应对第一至第四束光进行探测，获得对应的第一至第四电信号。
本实施例中，第一和第二分束器BS1和BS2反射透射比可以为30:70，第三分束器BS3的反射透射比可以为50:50。由于当四束光的光强差别太大时会影响整个系统的信噪比，因此本发明可以对分束器的反射透射比进行调整，以使四束光的强度大致一致，从而降低系统信噪比。分束器的工作波长范围为1200-1600nm，待测激光波长在1.5μm左右，四个四分之一波片的工作波长范围为1100-2000nm。该衍射光栅可以为反射式衍射光栅，其闪耀角大小为28°41′，闪耀波长为1.6μm，槽线密度为600/mm，色散为1.46nm/mrad。光电探测器的带宽可以大于10GHz。
参见图3，为本发明实时全光谱脉冲激光偏振分析仪的另一个实施例结构示意图。该实时全光谱脉冲激光偏振分析仪中所述分光装置包括三个耦合器OC1-OC3，所述光电探测器为四个且分别与该分析仪器连接，所述色散补偿装置为四根色散补偿光纤，其中第一耦合器OC1的输入端输入脉冲激光，第一输出端连接第二耦合器OC2的输入端，第二输出端连接第一色散补偿光纤DCF1，用于将该脉冲激光按对应比例分成第一中间光束和第一束光，将该第一中间光束传输给该第二耦合器OC2的输入端，将该第一束光传输给第一色散补偿光纤DCF1；第二耦合器OC2的第一输出端连接第三耦合器OC3的输入端，第二输出端连接第二色散补偿光纤DCF2，用于将该第一中间光束按对应比例分成第二中间光束和第二束光，将该第二中间光束传输给该第三耦合器OC3的输入端，将该第二束光传输给第二色散补偿光纤DCF2；第三耦合器的第一输出端连接第三色散补偿光纤DCF3，第二输出端连接第四色散补偿光纤DCF4，用于将该第二中间光束按对应比例分成第三束光和第四束光，将该第三束光传输给该第三色散补偿光纤DCF3，将第四束光传输给第四色散补偿光纤DCF4；所述第一至第四色散补偿光纤DCF1-DCF4对应对第一至第四束光进行色散补偿，并将色散补偿后的第一至第四束光对应传输给第一至第四光电探测器PD1-PD4；所述第一至第四光电探测器PD1-PD4对应对第一至第四束光进行探测，获得对应的第一至第四电信号。
另外，本实施例偏振分析仪中所述第一耦合器OC1的第一输出端与第二耦合器OC2的输入端之间设置有第一偏振控制器PC1，所述第二耦合器OC2的第一输出端与第三耦合器OC3的输入端之间设置有第二偏振控制器PC2，所述第一偏振控制器PC1和第二偏振控制器PC2用于对偏振态进行调整。所述第一至第三耦合器为光电耦合器，第一至第四色散补偿光纤的输出端连接波形监控装置，所述波形监控装置用于对所述第一至第四色散补偿光纤输出的色散补偿后的第一至第四束光进行波形监测，根据监测到的波形，对提供给所述第一至第三耦合器的电信号进行调节，从而对色散补偿后的第一至第四束光的强度进行调整，以使色散补偿后的第一束光至第四束光调整成标准的空间光。本实施例中，三个耦合器OC1、OC2、OC3的分束比例可以分别为2:8、3:7、5:5，以使得最终每束光的光强差不多。对于普通单模光纤而言，在1550nm处色散值为正值，如300ps2/km，属于反常色散区，二阶色散系数为负，因此当本实施例中采用普通单模光纤SMF连接各组件时，采用具有负色散的色散补偿光纤进行色散补偿。
需要注意的是：由于在光纤传输脉冲激光的过程中，会有非线性效应以及实验环境对其造成的扰动，为了保证系统矩阵保持稳定不变，所以在定标之后，不能对整个系统进行修改以及干扰，直至偏振态所有的参量被测出为止。当系统内的组件位置或角度变化后都需要重新进行定标。此外，在对四束光进行色散补偿时，对四束光进行相同的色散补偿。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。
Claims (10)
1.一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，包括依次相连的分光装置、色散补偿装置、光电探测器和分析仪器，其中所述分光装置用于将输入的超快脉冲激光分成四束光；所述色散补偿装置用于对所述四束光分别进行色散补偿，以分别实现四束光展宽，基于色散傅里叶变换分别将所述四束光的频域信息转换为时域信息；所述光电探测器对色散补偿后的所述四束光进行探测，获得对应的四个电信号；所述分析仪器根据所述四个电信号对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析；
在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析之前，将偏振态已知的定标脉冲激光传输给所述分光装置，所述分光装置将所述定标脉冲激光分成四束标定光，所述色散补偿装置对所述四束标定光进行色散补偿，所述光电探测器对所述四束标定光进行探测，获得对应的四个标定电信号，所述分析仪器根据所述四个标定电信号，得到所述定标脉冲激光的光强矩阵，根据所述定标脉冲激光的光强矩阵及用于表示其偏振态的斯托克斯矩阵，得到系统矩阵；
在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析时，将偏振态未知的超快脉冲激光传输给所述分光装置，所述分光装置将所述超快脉冲激光分成四束待测光，所述色散补偿装置对所述四束待测光进行色散补偿，所述光电探测器对所述四束待测光进行探测，获得对应的四个待测电信号，所述分析仪器根据所述四个待测电信号，得到所述超快脉冲激光的光强矩阵，根据所述超快脉冲激光的光强矩阵以及所述系统矩阵，得到用于表示所述超快脉冲激光的偏振态的斯托克斯矩阵。
2.根据权利要求1所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，还包括偏振态调整装置，所述偏振态调整装置设置在所述色散补偿装置之前，用于将所述四束光进行偏振态调整，并将偏振态调整后的四束光传输给所述色散补偿装置。
3.根据权利要求1或2所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，还包括光束强度调整装置，所述光束强度调整装置设置在所述光电探测器之前，用于对所述四束光的强度进行调整，以将所述四束光调整成标准的空间光。
4.根据权利要求1所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，所述分光装置包括三个分束器，所述色散补偿装置为四根衍射光栅，所述四根衍射光栅包括第一衍射光栅、第二衍射光栅、第三衍射光栅和第四衍射光栅，其中第一分束器的输入端用于输入脉冲激光，对所述脉冲激光进行反射和透射，将反射光传输给第二分束器，将透射光作为第一束光传输给第一衍射光栅；第二分束器在接收到所述第一分束器的反射光后，对其接收到的反射光进行反射和透射，将反射光传输给第三分束器，将透射光作为第二束光传输给所述第二衍射光栅；第三分束器在接收到所述第二分束器的反射光后，对其接收到的反射光进行反射和透射，将反射光作为第四束光传输给第四衍射光栅，将透射光作为第三束光传输给所述第三衍射光栅；
所述第一至第四衍射光栅对应地对第一至第四束光进行色散补偿。
5.根据权利要求4所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，还包括四个四分之一波片，其中第一四分之一波片设置在所述第一分束器与第一衍射光栅之间，所述第一分束器将透射光作为第一束光传输给该第一四分之一波片，该第一四分之一波片将线偏振态的第一束光转换为圆偏振态的第一束光，并将转换为圆偏振态的第一束光传输给所述第一衍射光栅；
第二四分之一波片设置在所述第二分束器与第二衍射光栅之间，所述第二分束器将透射光作为第二束光传输给该第二四分之一波片，该第二四分之一波片将线偏振态的第二束光转换为圆偏振态的第二束光，并将转换为圆偏振态的第二束光传输给所述第二衍射光栅；
第三四分之一波片设置在所述第三分束器与第三衍射光栅之间，所述第三分束器将透射光作为第三束光传输给该第三四分之一波片，该第三四分之一波片将线偏振态的第三束光转换为圆偏振态的第三束光，并将转换为圆偏振态的第三束光传输给所述第三衍射光栅；
第四四分之一波片设置在所述第三分束器与第四衍射光栅之间，所述第三分束器将反射光作为第四束光传输给该第四四分之一波片，该第四四分之一波片将线偏振态的第四束光转换为圆偏振态的第四束光，并将转换为圆偏振态的第四束光传输给所述第四衍射光栅。
6.根据权利要求4或5所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，还包括四个光阑，所述光电探测器为四个且分别与所述分析仪器连接，其中第一光阑设置在所述第一衍射光栅与第一光电探测器之间，所述第一衍射光栅将色散补偿后的第一束光传输给所述第一光阑，所述第一光阑对色散补偿后的第一束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第一束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第一束光传输给所述第一光电探测器；
第二光阑设置在所述第二衍射光栅与第二光电探测器之间，所述第二衍射光栅将色散补偿后的第二束光传输给所述第二光阑，所述第二光阑对色散补偿后的第二束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第二束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第二束光传输给所述第二光电探测器；
第三光阑设置在所述第三衍射光栅与第三光电探测器之间，所述第三衍射光栅将色散补偿后的第三束光传输给所述第三光阑，所述第三光阑对色散补偿后的第三束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第三束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第三束光传输给所述第三光电探测器；
第四光阑设置在所述第四衍射光栅与第四光电探测器之间，所述第四衍射光栅将色散补偿后的第四束光传输给所述第四光阑，所述第四光阑对色散补偿后的第四束光的强度进行调整，以将色散补偿后的第四束光调整成标准的空间光，并将强度调整后的第四束光传输给所述第四光电探测器；
所述第一至第四光电探测器对应对第一至第四束光进行探测，获得对应的第一至第四电信号。
7.根据权利要求1所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，所述分光装置包括三个耦合器，所述光电探测器为四个且分别与该分析仪器连接，所述色散补偿装置为四根色散补偿光纤，其中第一耦合器的输入端输入脉冲激光，第一输出端连接第二耦合器的输入端，第二输出端连接第一色散补偿光纤，用于将该脉冲激光按对应比例分成第一中间光束和第一束光，将该第一中间光束传输给该第二耦合器的输入端，将该第一束光传输给第一色散补偿光纤；第二耦合器的第一输出端连接第三耦合器的输入端，第二输出端连接第二色散补偿光纤，用于将该第一中间光束按对应比例分成第二中间光束和第二束光，将该第二中间光束传输给该第三耦合器的输入端，将该第二束光传输给第二色散补偿光纤；第三耦合器的第一输出端连接第三色散补偿光纤，第二输出端连接第四色散补偿光纤，用于将该第二中间光束按对应比例分成第三束光和第四束光，将该第三束光传输给该第三色散补偿光纤，将第四束光传输给第四色散补偿光纤；
所述第一至第四色散补偿光纤对应对第一至第四束光进行色散补偿，并将色散补偿后的第一至第四束光对应传输给第一至第四光电探测器；所述第一至第四光电探测器对应对第一至第四束光进行探测，获得对应的第一至第四电信号。
8.根据权利要求7所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，所述第一耦合器的第一输出端与第二耦合器的输入端之间设置有第一偏振控制器，所述第二耦合器的第一输出端与第三耦合器的输入端之间设置有第二偏振控制器，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器用于对偏振态进行调整。
9.根据权利要求7或8所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，所述第一至第三耦合器为光电耦合器，第一至第四色散补偿光纤的输出端连接波形监控装置，所述波形监控装置用于对所述第一至第四色散补偿光纤输出的色散补偿后的第一至第四束光进行波形监测，根据监测到的波形，对提供给所述第一至第三耦合器的电信号进行调节，从而对色散补偿后的第一至第四束光的强度进行调整，以使色散补偿后的第一束光至第四束光调整成标准的空间光。
10.根据权利要求1所述的实时全光谱脉冲激光偏振分析仪，其特征在于，所述分析仪器得到的光强矩阵等于脉冲激光的斯托克斯矩阵乘以所述系统矩阵，在对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析之前，在所述分析仪器得到所述系统矩阵后，首先判断所述系统矩阵的行列式是否为零，若为零，则表示该系统矩阵不存在逆矩阵，将偏振态已知的另一定标脉冲激光传输给所述分光装置；若不为零，则表示该系统矩阵存在逆矩阵，开始对所述超快脉冲激光进行实时偏振态分析。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910631553.XA CN110243477B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910631553.XA CN110243477B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110243477A CN110243477A (zh) | 2019-09-17 |
| CN110243477B true CN110243477B (zh) | 2020-05-05 |
Family
ID=67892058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910631553.XA Active CN110243477B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110243477B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111947793B (zh) * | 2020-07-17 | 2022-11-22 | 西安工程大学 | 一种超快过程探测的时域-频域转换器 |
| CN112945130B (zh) * | 2021-02-04 | 2022-09-23 | 重庆大学 | 同时获得深度和表面信息的超快显微成像系统 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005321328A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Fujitsu Ltd | 偏光状態測定装置 |
| CN200941068Y (zh) * | 2006-06-10 | 2007-08-29 | 福建师范大学 | 相干偏振矩阵测量系统 |
| CN102116674B (zh) * | 2010-01-06 | 2012-09-05 | 西安交通大学 | 光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统 |
| CN102080988B (zh) * | 2010-11-26 | 2012-11-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种实时检测单光子偏振量子态的装置与方法 |
| CN103776537B (zh) * | 2014-01-28 | 2016-05-25 | 华南师范大学 | 一种偏振光斯托克斯参量的测量装置及其优化方法 |
| DE102016209706A1 (de) * | 2016-06-02 | 2017-12-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens drei Stokes-Parametern |
-
2019
- 2019-07-12 CN CN201910631553.XA patent/CN110243477B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110243477A (zh) | 2019-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| VanWiggeren et al. | Single-scan interferometric component analyzer | |
| US6356684B1 (en) | Adjustable optical fiber grating dispersion compensators | |
| Carpenter et al. | Characterization of multimode fiber by selective mode excitation | |
| JP5356354B2 (ja) | 光ファイバの分散分布測定方法、測定誤差補償方法及び測定条件特定方法 | |
| JPH04215B2 (zh) | ||
| CN110243477B (zh) | 一种实时全光谱脉冲激光偏振分析仪 | |
| CN113138065B (zh) | 一种基于多模式传输反射分析少模光纤故障的装置及方法 | |
| US5654793A (en) | Method and apparatus for high resolution measurement of very low levels of polarization mode dispersion (PMD) in single mode optical fibers and for calibration of PMD measuring instruments | |
| Van Weerdenburg et al. | Enhanced modal dispersion estimation enabled by chromatic dispersion compensation in optical vector network analysis | |
| US6504604B1 (en) | In situ polarization mode dispersion measurement | |
| CN212007737U (zh) | 一种基于光谱干涉的全光纤型色散测量装置 | |
| US7061621B2 (en) | Interferometric-based device and method for determining chromatic dispersion of optical components using a polarimeter | |
| WO1996036859A1 (en) | Measurement of polarization mode dispersion | |
| WO2001093465A1 (en) | Tapped delay line diffractive array for sensing polarization mode dispersion | |
| Eyal et al. | Polarization dependence of the intensity modulation transfer function of an optical system with PMD and PDL | |
| JP5663515B2 (ja) | 光測定装置及び光測定方法 | |
| Simova et al. | Characterization of chromatic dispersion and polarization sensitivity in fiber gratings | |
| JP4690690B2 (ja) | 光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法、光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置、ファイバ製造方法、分散分布測定方法、測定誤差補償方法、測定条件特定方法 | |
| EP1326362B1 (en) | Accelerated measurement of bit error ratio | |
| Xu et al. | Modified S2 schemes for estimating differential mode group delay in polarization-maintaining few-mode fiber | |
| Simova et al. | Spectral characterization and chromatic dispersion measurements in fiber Bragg gratings for dispersion compensation | |
| Baney et al. | Elementary matrix method for dispersion analysis in optical systems | |
| CN112082647B (zh) | 一种基于精细光谱的带内osnr测量装置及方法 | |
| JP3317654B2 (ja) | 遅延器を用いた光部品の波長分散測定装置 | |
| Motuz | The fixed analyzer method in PMD measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |