CN110441032A - 一种干涉仪及测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干涉仪及测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法，属于测试技术领域，干涉仪，包括偏振分束棱镜、偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器；偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器以偏振分束棱镜为中心放置，其中，偏振分束棱镜、第一1/4波片、测量镜从左到右依次排列放置，参考镜、第二1/4波片、偏振分束棱镜、偏振片、光电探测器从上到下依次排列放置。本发明通过采用偏振分束棱镜和偏振片的组合，使得两束正交偏振光的分离和合束干涉可以在一个组合器件上同时实现，解决了现有技术方案中存在的多次耦合、光路结构复杂的问题。

Description

一种干涉仪及测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种干涉仪及测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法。

背景技术

保偏光纤由于对线偏振光具有很强的偏振保持能力，并且与普通单模光纤有良好的相容性，广泛应用于光纤通信和光纤传感领域。但是由于保偏光纤内部的应力缺陷，以及外界温度、应力、弯曲等因素的影响，传输的偏振光会在光纤内部产生偏振耦合，从而降低了保偏光纤的偏振保持能力。

偏振器件作为一种重要的光学器件，在光纤通信和光纤传感系统中发挥着不可或缺的作用。随着科技的不断进步，以光纤陀螺、光纤水听器等为代表的光纤传感器在国防军事和国民经济领域得到了广泛的应用，技术指标不断提高，对偏振器件的设计和制作提出了更高的要求。而由于偏振器件自身的双折射效应，不可避免的存在偏振耦合现象，如何抑制偏振器件中的偏振耦合成为提高器件性能的关键。

现有技术的缺点：

对于偏振耦合的测试，目前主要使用的是白光干涉技术，利用干涉仪对由偏振耦合产生的两个正交偏振模式之间的光程差进行补偿，通过处理采集的白光干涉信号来测量保偏光纤及偏振器件的偏振耦合。用于测量偏振耦合的干涉仪结构有两种：一种是迈克尔逊干涉仪，通过调整偏振方向将被测信号等比例投影到分束棱镜上进行分幅干涉，但是会产生多次耦合的现象，存在伪耦合干涉峰。另一种是马赫-曾德干涉仪，采用偏振分束棱镜将被测信号分离成两束正交偏振光，解决了多次耦合的问题，但是还需使用偏振合束棱镜来完成偏振光的合束干涉，这就要两组全反射镜来改变光的传输方向，造成干涉仪结构复杂，光路准直调试困难，且稳定性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种干涉仪及测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种干涉仪，包括偏振分束棱镜、偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器；偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器以偏振分束棱镜为中心放置，其中，偏振分束棱镜、第一1/4波片、测量镜从左到右依次排列放置，参考镜、第二1/4波片、偏振分束棱镜、偏振片、光电探测器从上到下依次排列放置；

偏振分束棱镜，被配置为用于将垂直入射的一束椭圆偏振光分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

第一1/4波片、第二1/4波片，被配置为用于将偏振光的偏振方向进行偏转；

测量镜，被配置为用于将透射的P偏振光进行反射；

参考镜，被配置为用于将反射的S偏振光进行反射；

偏振片，被配置为用于将从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光进行干涉；

光电探测器，被配置为用于接收干涉后的信号并进行测量；

偏振分束棱镜将垂直入射的一束椭圆偏振光分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

其中，透射的P偏振光作为测量光，通过第一1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入测量镜，经测量镜反射后，第二次进入第一1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为S’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜反射后进入偏振片；

反射的S偏振光作为参考光，通过第二1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入参考镜，经参考镜反射后，第二次进入第二1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为P’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜透射后进入偏振片；

从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光通过偏振片后发生干涉，由光电探测器接收测量。

优选地，参考镜和测量镜为平面镜或角锥棱镜。

优选地，第一1/4波片、第二1/4波片与偏振分束棱镜的光轴夹角均为45°。

优选地，偏振片与偏振分束棱镜的光轴夹角为45°。

此外，本发明还提到一种测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法，该方法采用如上所述的一种干涉仪，具体包括如下步骤：

步骤1：SLD光源的输出光通过起偏器后，注入被测保偏光纤或偏振器件的其中一个偏振主轴，由于保偏光纤或偏振器件自身的双折射效应，会在正交的另一偏振主轴上产生偏振耦合；由于偏振主模与耦合模的传输速度不同，在被测保偏光纤或偏振器件的出射端，两种模式之间会产生光程差，出射光垂直入射到偏振分束棱镜，偏振分束棱镜将偏振主模与耦合模分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

步骤2：透射的P偏振光作为测量光，通过第一1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入测量镜，经测量镜反射后，第二次进入第一1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为S’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜反射后进入偏振片；

步骤3：反射的S偏振光作为参考光，通过第二1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入参考镜，经参考镜反射后，第二次进入第二1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为P’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜透射后进入偏振片；

步骤4：从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光通过偏振片后发生干涉，由光电探测器接收测量；

步骤5：移动测量镜，补偿P偏振光和S偏振光之间的光程差，得到白光干涉包络信号；

步骤6：然后由数据处理装置来获得偏振耦合点的位置和强度信息。

本发明所带来的有益技术效果：

1)通过采用偏振分束棱镜和偏振片的组合，使得两束正交偏振光的分离和合束干涉可以在一个组合器件上同时实现，解决了现有技术方案中存在的多次耦合、光路结构复杂的问题。

2)干涉仪所用的光学元件较少，除了测量镜需要移动进行光程差补偿外，其余的光学元件可以紧密贴合在一起安装，整体光路结构简单紧凑，调试维护较为方便。

3)参考光和测量光在同一个光路中传输，可以有效避免外界环境干扰对白光干涉信号测量的影响，提高了干涉光路的稳定性。

附图说明

图1为本发明干涉仪的结构示意图。

图2为本发明测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合方法的原理图。

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：

实施例1：

如图1所示，一种干涉仪，包括偏振分束棱镜、偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器；偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器以偏振分束棱镜为中心放置，其中，偏振分束棱镜、第一1/4波片、测量镜从左到右依次排列放置，参考镜、第二1/4波片、偏振分束棱镜、偏振片、光电探测器从上到下依次排列放置。

偏振分束棱镜，被配置为用于将垂直入射的一束椭圆偏振光分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

第一1/4波片、第二1/4波片，被配置为用于将偏振光的偏振方向进行偏转；

测量镜，被配置为用于将透射的P偏振光进行反射；

参考镜，被配置为用于将反射的S偏振光进行反射；

偏振片，被配置为用于将从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光进行干涉；

光电探测器，被配置为用于接收干涉后的信号并进行测量；

偏振分束棱镜将垂直入射的一束椭圆偏振光分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

其中，透射的P偏振光作为测量光，通过第一1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入测量镜，经测量镜反射后，第二次进入第一1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为S’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜反射后进入偏振片；

反射的S偏振光作为参考光，通过第二1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入参考镜，经参考镜反射后，第二次进入第二1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为P’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜透射后进入偏振片；

从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光通过偏振片后发生干涉，由光电探测器接收测量。

参考镜和测量镜为平面镜或角锥棱镜。

第一1/4波片、第二1/4波片与偏振分束棱镜的光轴夹角均为45°。

偏振片与偏振分束棱镜的光轴夹角为45°。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法，如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤1：SLD光源的输出光通过起偏器后，注入被测保偏光纤或偏振器件的其中一个偏振主轴，由于保偏光纤或偏振器件自身的双折射效应，会在正交的另一偏振主轴上产生偏振耦合；由于偏振主模与耦合模的传输速度不同，在被测保偏光纤或偏振器件的出射端，两种模式之间会产生光程差，出射光垂直入射到偏振分束棱镜，偏振分束棱镜将偏振主模与耦合模分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

步骤2：透射的P偏振光作为测量光，通过第一1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入测量镜，经测量镜反射后，第二次进入第一1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为S’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜反射后进入偏振片；

步骤3：反射的S偏振光作为参考光，通过第二1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入参考镜，经参考镜反射后，第二次进入第二1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为P’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜透射后进入偏振片；

步骤4：从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光通过偏振片后发生干涉，由光电探测器接收测量；

步骤5：移动测量镜，补偿P偏振光和S偏振光之间的光程差，得到白光干涉包络信号；

步骤6：然后由数据处理装置来获得偏振耦合点的位置和强度信息。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种干涉仪，其特征在于：包括偏振分束棱镜、偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器；偏振片、第一1/4波片、第二1/4波片、参考镜、测量镜和光电探测器以偏振分束棱镜为中心放置，其中，偏振分束棱镜、第一1/4波片、测量镜从左到右依次排列放置，参考镜、第二1/4波片、偏振分束棱镜、偏振片、光电探测器从上到下依次排列放置；

偏振分束棱镜，被配置为用于将垂直入射的一束椭圆偏振光分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

第一1/4波片、第二1/4波片，被配置为用于将偏振光的偏振方向进行偏转；

测量镜，被配置为用于将透射的P偏振光进行反射；

参考镜，被配置为用于将反射的S偏振光进行反射；

偏振片，被配置为用于将从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光进行干涉；

光电探测器，被配置为用于接收干涉后的信号并进行测量；

偏振分束棱镜将垂直入射的一束椭圆偏振光分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

其中，透射的P偏振光作为测量光，通过第一1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入测量镜，经测量镜反射后，第二次进入第一1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为S’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜反射后进入偏振片；

反射的S偏振光作为参考光，通过第二1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入参考镜，经参考镜反射后，第二次进入第二1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为P’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜透射后进入偏振片；

从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光通过偏振片后发生干涉，由光电探测器接收测量。

2.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于：参考镜和测量镜为平面镜或角锥棱镜。

3.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于：第一1/4波片、第二1/4波片与偏振分束棱镜的光轴夹角均为45°。

4.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于：偏振片与偏振分束棱镜的光轴夹角为45°。

5.一种测量保偏光纤及偏振器件偏振耦合的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种干涉仪，具体包括如下步骤：

步骤1：SLD光源的输出光通过起偏器后，注入被测保偏光纤或偏振器件的其中一个偏振主轴，由于保偏光纤或偏振器件自身的双折射效应，会在正交的另一偏振主轴上产生偏振耦合；由于偏振主模与耦合模的传输速度不同，在被测保偏光纤或偏振器件的出射端，两种模式之间会产生光程差，出射光垂直入射到偏振分束棱镜，偏振分束棱镜将偏振主模与耦合模分为两束正交的P偏振光和S偏振光；

步骤2：透射的P偏振光作为测量光，通过第一1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入测量镜，经测量镜反射后，第二次进入第一1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为S’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜反射后进入偏振片；

步骤3：反射的S偏振光作为参考光，通过第二1/4波片，从线偏振光变为圆偏振光，然后进入参考镜，经参考镜反射后，第二次进入第二1/4波片，从圆偏振光变回线偏振光，偏振方向发生90°偏转，变为P’偏振光进入偏振分束棱镜，被偏振分束棱镜透射后进入偏振片；

步骤4：从偏振分束棱镜出射的两束正交的P’偏振光和S’偏振光通过偏振片后发生干涉，由光电探测器接收测量；

步骤5：移动测量镜，补偿P偏振光和S偏振光之间的光程差，得到白光干涉包络信号；

步骤6：然后由数据处理装置来获得偏振耦合点的位置和强度信息。