CN112082736B - 一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置及方法，包括宽谱光源模块、双向测量切换模块、待测保偏光纤环、偏振串扰检测模块，使用一个光学起偏和光学检偏功能集成的2×2光开关作为双向测量切换模块的核心部件，通过控制其分别处于通电和断电的两种状态，来实现正向和反向测量的切换。两个单模光纤端口分别与宽谱光源模块和偏振串扰检测模块连接，两个保偏光纤端口与待测保偏光纤环连接，本发明实现了正反向传输光信号共用起偏和检偏器件，能降低正反向测量差异，测量准确性和可靠性高。该模块体积小、功能全，极大简化了测量光路的复杂程度。可广泛用于保偏光纤环的偏振串扰双向测量、互易性评估以及绕环对称性评价。

Description

一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置 及方法

技术领域

本发明涉及一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置及方法，属于光学器件测量技术领域。

背景技术

光纤陀螺是导航与制导领域的一种惯性仪表，它基于Sagnac效应，可实现旋转角速度的传感和测量。保偏光纤环是光纤陀螺系统中的核心敏感部件，是由几百米到几千米的保偏光纤按照一定的工艺和规律绕制而成，目的是为了提高光纤陀螺的传感性能。从光纤陀螺的传感原理可知，只有当沿着保偏光纤环正向和反向传输的光信号经过完全相同的光程时，光纤陀螺才能实现精确导航。然而，由于保偏光纤环在绕制过程中会受到例如扭转、压力、拉力等因素的影响，在其内部会产生较为严重的偏振能量耦合，即偏振串扰，这会直接引起光纤陀螺系统的传感误差。因此，为了提高保偏光纤环的绕环互易性和对称性，对其正向和反向的偏振串扰进行测量是非常必要的，这对于保偏光纤环绕环工艺的改进和光纤陀螺系统的性能提升都具有重要意义。

关于保偏光纤环绕环对称性的测量与评估方法，已经在多个方面取得了重要研究成果。2008年，苏州光环科技有限公司的姚晓天等人公开了光纤陀螺用光纤环质量的测量方法及其装置(CN 200810119075.6)，通过对光纤环施加温度激励并测量瞬态环的温度特性，结合三维模型实现对光纤环的温度对称性进行质量测定。2012年，北京航空航天大学的宋凝芳等人公开了用于光纤陀螺的上下对称交叉绕制光纤环结构及绕制方法(CN201210043894.3)，将光纤线圈分为上下两部分，并通过交叉绕制方式，使得两侧线圈具有相同长度，这使得光纤轴向和径向温度梯度对光纤环的影响完全一致，在一定程度上改善了光纤环的正向和反向瞬态特性。2014年，中国航空工业第六一八研究所的杨东锟等人公开了一种光纤环互易对称性评价及补偿方法(CN 201410392975.3)，该发明使用增强布里渊背向反射检测技术得到光纤环内部应力状态分布数据，由该数据建立对称性模型并分析待测光纤环的互易对称性。可以看出，上述方法只能从光纤环的温度分布或应力分布的角度来进行光纤环的对称性和互易性评价。

伴随着基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量技术(OCDP)的快速发展，已经能够实现保偏光纤分布式偏振串扰测量。该技术能够测量光纤环上各个位置的偏振能量耦合情况，为光纤环的质量评定提供了更加直观且有效的方法。2011年，哈尔滨工程大学的杨军等人公开了提高保偏光纤偏振耦合测量精度和对称性的装置与方法(CN201110118450.7)，该发明通过在光源与待测光纤之间加入光信号可控换向机构，使光信号分别从正向和反向进入待测光纤，从而达到双向测量的目的。但是在光信号可控换向机构中使用了4个光开关，所用器件数量较多且光路结构复杂。2012年，北京航空航天大学的杨德伟等人公开了一种光纤环偏振串音估计与对称性评价方法(CN 201210359805.6)，利用相干域偏振检测技术获得偏振耦合强度分布数据，再利用波长扫描法获得光纤的双折射色散系数，通过分别确定中点两侧的偏振串音来分析光纤环的对称性。但是该方法只能测得偏振串音的平均值，无法实现分布式测量。2016年，哈尔滨工程大学的杨军等人公开了一种光纤陀螺环偏振耦合的对称性评估装置(CN 201610532372.8)，该装置可同时将光信号双向注入待测光纤陀螺环中，并分别采用两套解调干涉仪实现保偏光纤环的双向、同时测量。但是，该发明中使用了多个起偏器、检偏器和环形器等光学器件搭建被测光路，使得光路结构较为复杂。此外，由于正向和反向测量光信号经过的光学器件不同，正反向测量结果会产生较大的误差。随后在2017年，哈尔滨工程大学的杨军等人公开了一种共光路的光纤陀螺环正反向同时测量装置(CN 201710050099.X)，该发明中光纤陀螺环被测光路的结构不变，而是采用共光路结构，仅用一套解调干涉仪就能实现正反向信号的测量，极大简化了测量装置的复杂程度。但是，正向和反向测量光信号经过的光学器件依然不同，正反向测量结果仍然会产生较大的误差。

可以看出，上述用于测量保偏光纤环正反向偏振特性的方案中，都是采用多个光学器件来搭建保偏光纤环被测光路，尤其是像起偏器和检偏器这类具有偏振特性的光学器件，其自身微小的性能参数(如偏振消光比)差异，将会对正反向测量结果带来较为严重的测量误差。因此，对于保偏光纤环偏振串扰的双向测量来说，仍然缺乏一种结构简单的、准确有效的方法。

本发明针对上述问题，提出一种新的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，使用一个光学起偏和光学检偏功能集成的2×2光开关作为双向测量切换模块的核心部件，通过控制其分别处于通电和断电的两种状态，来实现正向和反向测量的切换。该模块中的两个单模光纤端口分别与宽谱光源模块和偏振串扰检测模块相连，两个保偏光纤端口与待测保偏光纤环连接。装置中所用的双向测量切换模块实现了正反向传输光信号共用起偏和检偏器件，能够降低正反向测量差异，测量准确性和可靠性高。该模块体积小、功能全，极大简化了测量光路的复杂程度。所提出的测量装置可广泛用于保偏光纤环的偏振串扰双向测量、互易性评估以及绕环对称性评价。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置及方法，实现保偏光纤环正向、反向偏振串扰的测量，用于对保偏光纤环的双向偏振特性、绕环对称性和互易性等参数进行评价。

本发明的目的是这样实现的：包括宽谱光源模块1、双向测量切换模块2、待测保偏光纤环3、偏振串扰检测模块4，由宽谱光源模块1发出的低偏光信号经过双向测量切换模块2进入待测保偏光纤环3，通过对双向测量切换模块2施加电信号控制，使得光信号分别以正向和反向输入到待测保偏光纤环3中，由待测保偏光纤环3输出的光信号再次经过双向测量切换模块2后进入偏振串扰检测模块4中，通过检测白光干涉信号获得偏振串扰测量数据。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.双向测量切换模块2由多功能2×2光开关20、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22、电信号控制线23组成；多功能2×2光开关20由输入单模光纤201、输入单模光纤准直镜202、输出单模光纤211、输出单模光纤准直镜210、第一保偏光纤206、第一保偏光纤准直镜205、第二保偏光纤207、第二保偏光纤准直镜208、0°光学起偏器203、45°光学检偏器209、可控旋转棱镜204组成。

2.多功能2×2光开关20中输入单模光纤201与输入单模光纤准直镜202连接，输出单模光纤211与输出单模光纤准直镜210连接，第一保偏光纤206与第一保偏光纤准直镜205以正交轴相互对准的方式连接，第二保偏光纤207与第二保偏光纤准直镜208以正交轴相互对准的方式连接，0°光学起偏器203的工作轴与第一保偏光纤准直镜205的慢轴对准，45°光学检偏器209的工作轴与第二保偏光纤准直镜208的慢轴以45°的角度对准；输入单模光纤201的另一端通过第一连接器L1与宽谱光源模块1连接，输出单模光纤211的另一端通过第二连接器L2与偏振串扰检测模块4连接，第一保偏光纤206的另一端与第一延长保偏光纤21连接并形成第一熔接点F1，第二保偏光纤207的另一端与第二延长保偏光纤22连接并形成第二熔接点F2，第一熔接点F1、第二熔接点F2的熔接对轴角度均为0°。

3.第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22分别与待测保偏光纤环3的两个自由端口连接，并分别形成第三熔接点F3、第四熔接点F4；第三熔接点F3、第四熔接点F4的熔接对轴角度均为0°，由于第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22在熔接过程中需要进行切割，其光纤长度会逐渐变短，为了延长双向测量切换模块2的使用寿命，要求第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的初始长度至少为20m，当第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度不足5m时，则重新替换20m长度的新延长保偏光纤。

4.一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量方法，包括测量装置，具体如下：

步骤一：确定第一保偏光纤206、第二保偏光纤207、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度，分别表示为l_f-1、l_f-2、l_exf-1、l_exf-2；

步骤二：计算第一保偏光纤206、第二保偏光纤207、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度所对应的空间光程差，分别表示为S_f-1、S_f-2、S_exf-1、S_exf-2，若保偏光纤的双折射为Δn，则空间光程差的计算方法为：S_f-1＝l_f-1×Δn，S_f-2＝l_f-2×Δn，S_exf-1＝l_exf-1×Δn，S_exf-2＝l_exf-2×Δn；

步骤三：将待测保偏光纤环3的两个自由端口分别与第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22熔接，并设定熔接时的光纤对轴角度为0°；

步骤四：在双向测量切换模块2未通电时，进行一次测量，获得待测保偏光纤环3的正向偏振串扰测量结果，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1；

步骤五：将双向测量切换模块2通电，实现测量方向的切换，再进行一次测量，获得待测保偏光纤环3的反向偏振串扰测量结果，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2；

步骤六：将正向、反向的偏振串扰测量结果进行对比和分析，用于评价待测保偏光纤环3的绕环互易性和绕环对称性的参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，通过对双向测量切换模块施加电信号控制，使得光信号分别以正向和反向输入到待测保偏光纤环中，从而实现保偏光纤环的双向测量。与现有技术相比，本发明的优点主要表现在：

(1)将光学起偏器和光学检偏器集成到光开关中，避免了多个光学器件之间的熔接过程，同时消除了保偏光纤准直镜自身消光比不足引入的干扰信号峰，能够更加清晰的获取保偏光纤环测试结果；

(2)在光开关中集成了可控旋转棱镜，只需控制其通电和断电的两种状态即可实现测量方向的切换，无需其他的复杂操作过程，测试方法简便，测试效率高；

(3)正向和反向光信号传输所经过的光学器件均为共用模式，一方面极大降低了正反向测量结果的差异，测量准确性和可靠性高，另一方面减少了光学器件的使用数量，降低装置构建成本。

附图说明

图1是基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置；

图2是双向测量切换模块未通电时的内部光信号传输路径图；

图3是双向测量切换模块通电时的内部光信号传输路径图；

图4是双向测量切换模块未通电时所测得的保偏光纤环偏振串扰结果；

图5是双向测量切换模块通电时所测得的保偏光纤环偏振串扰结果。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，包括宽谱光源模块1、双向测量切换模块2、待测保偏光纤环3、偏振串扰检测模块4，由宽谱光源模块1发出的低偏光信号经过双向测量切换模块2进入待测保偏光纤环3，通过对双向测量切换模块2施加电信号控制，使得光信号分别以正向和反向输入到待测保偏光纤环3中，由待测保偏光纤环3输出的光信号再次经过双向测量切换模块2后进入偏振串扰检测模块4中，通过检测白光干涉信号获得偏振串扰测量数据，所得数据可用于评价保偏光纤环的双向偏振特性、绕环互易性和绕环对称性等参数。

所述的双向测量切换模块2，其特征是：双向测量切换模块2由多功能2×2光开关20、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22、电信号控制线23组成。

所述的多功能2×2光开关20，其特征是：多功能2×2光开关20由输入单模光纤201、输入单模光纤准直镜202、输出单模光纤211、输出单模光纤准直镜210、第一保偏光纤206、第一保偏光纤准直镜205、第二保偏光纤207、第二保偏光纤准直镜208、0°光学起偏器203、45°光学检偏器209、可控旋转棱镜204组成。

所述的多功能2×2光开关20，其特征是：多功能2×2光开关20中输入单模光纤201与输入单模光纤准直镜202连接，输出单模光纤211与输出单模光纤准直镜210连接，第一保偏光纤206与第一保偏光纤准直镜205以正交轴相互对准的方式连接，第二保偏光纤207与第二保偏光纤准直镜208以正交轴相互对准的方式连接，0°光学起偏器203的工作轴与第一保偏光纤准直镜205的慢轴对准，45°光学检偏器209的工作轴与第二保偏光纤准直镜208的慢轴以45°的角度对准。输入单模光纤201的另一端通过第一连接器L1与宽谱光源模块1连接，输出单模光纤211的另一端通过第二连接器L2与偏振串扰检测模块4连接，第一保偏光纤206的另一端与第一延长保偏光纤21连接并形成第一熔接点F1，第二保偏光纤207的另一端与第二延长保偏光纤22连接并形成第二熔接点F2。第一熔接点F1、第二熔接点F2的熔接对轴角度均为0°。

所述的第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22，其特征是：第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22分别与待测保偏光纤环3的两个自由端口连接，并分别形成第三熔接点F3、第四熔接点F4。第三熔接点F3、第四熔接点F4的熔接对轴角度均为0°。由于第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22在熔接过程中需要进行切割，其光纤长度会逐渐变短，为了延长双向测量切换模块2的使用寿命，要求第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的初始长度至少为20m。当第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度不足5m时，则重新替换20m长度的新延长保偏光纤。

本发明提出的一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量方法，其特征是：

1、确定第一保偏光纤206、第二保偏光纤207、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度，分别表示为l_f-1、l_f-2、l_exf-1、l_exf-2；

2、计算第一保偏光纤206、第二保偏光纤207、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度所对应的空间光程差，分别表示为S_f-1、S_f-2、S_exf-1、S_exf-2。若保偏光纤的双折射为Δn，则空间光程差的计算方法为：S_f-1＝l_f-1×Δn，S_f-2＝l_f-2×Δn，S_exf-1＝l_exf-1×Δn，S_exf-2＝l_exf-2×Δn；

3、将待测保偏光纤环3的两个自由端口分别与第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22熔接，并设定熔接时的光纤对轴角度为0°；

4、在双向测量切换模块2未通电时，进行一次测量，获得待测保偏光纤环3的正向偏振串扰测量结果。此时，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1；

5、将双向测量切换模块2通电，实现测量方向的切换，再进行一次测量，获得待测保偏光纤环3的反向偏振串扰测量结果。此时，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2；

6、将正向、反向的偏振串扰测量结果进行对比和分析，用于评价待测保偏光纤环3的绕环互易性和绕环对称性等参数。

基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置如附图1所示，由宽谱光源模块1发出的低偏振度宽谱光信号，经过双向测量切换模块2进入待测保偏光纤环3，通过对双向测量切换模块2施加电信号控制，使得光信号分别以正向和反向输入到待测保偏光纤环3中，由待测保偏光纤环3输出的光信号再次经过双向测量切换模块2后进入偏振串扰检测模块4中，带有偏振串扰信息的光信号在扫描式马赫-泽德干涉仪中实现干涉，干涉信号被差分光电探测器接收，经过数据采集后传入计算机中，最终实现偏振串扰测量数据的提取和分析。

双向测量切换模块2未通电时，其内部光信号传输路径图如附图2所示，此时可控旋转棱镜204在初始位置没有发生旋转，因而处于光信号的传输路径之外，不会改变光信号的传输方向。由宽谱光源模块1发出的低偏振度宽谱光信号通过输入单模光纤201进入到输入单模光纤准直镜202实现光束的准直，光信号随后被0°光学起偏器203线性起偏，起偏后的光信号进入第一保偏光纤准直镜205的慢轴，并从第一保偏光纤206和第一延长保偏光纤21的慢轴输出。然后，光信号进入待测保偏光纤环3中，此时第三熔接点F3是测试起点，第四熔接点F4是测试终点。从待测保偏光纤环3输出的光信号通过第二延长保偏光纤22、第二保偏光纤207进入到第二保偏光纤准直镜208，光信号随后被45°光学检偏器209检偏，再经过输出单模光纤准直镜210后从输出单模光纤211输出并进入到偏振串扰检测模块4中。

双向测量切换模块2可通过偏振串扰检测模块4中的数据处理单元409和计算机410来施加电信号控制，在双向测量切换模块2通电时，其内部光信号传输路径图如附图3所示，此时可控旋转棱镜204自身位置发生旋转，使其进入到光信号的传输路径之中，从而改变光信号的传输方向。由宽谱光源模块1发出的低偏振度宽谱光信号通过输入单模光纤201进入到输入单模光纤准直镜202实现光束的准直，光信号随后被0°光学起偏器203线性起偏，起偏后的光信号被可控旋转棱镜204改变了传输方向，进入第二保偏光纤准直镜208的慢轴，并从第二保偏光纤207和第二延长保偏光纤22的慢轴输出。然后，光信号进入待测保偏光纤环3中，此时第四熔接点F4是测试起点，第三熔接点F3是测试终点。从待测保偏光纤环3输出的光信号通过第一延长保偏光纤21、第一保偏光纤206进入到第一保偏光纤准直镜205，光信号再次被可控旋转棱镜204改变了传输方向，随后被45°光学检偏器209检偏，再经过输出单模光纤准直镜210后从输出单模光纤211输出并进入到偏振串扰检测模块4中。

为了清楚的说明本发明中所提出的一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置如附图1所示，装置中各个光学器件的参数选择如下：

(1)宽谱SLD光源11的中心波长为1550nm、半谱宽度大于45nm、出纤功率大于3mW、偏振消光比小于1dB；

(2)光纤隔离器12的工作波长为1550nm、插入损耗小于0.8dB，隔离度大于35dB；

(3)第一单模光纤准直镜202、第二单模光纤准直镜210的工作波长为1550nm、插入损耗小于0.2dB；

(4)第一保偏光纤准直镜205、第二保偏光纤准直镜208的工作波长为1550nm、偏振消光比大于25dB、插入损耗小于0.2dB；

(5)可控旋转棱镜204的工作波长为1550nm、插入损耗小于0.1dB，可通过继电器的通电和断电来带动其位置旋转；

(6)0°光学起偏器203的工作波长为1550nm、偏振消光比大于30dB、插入损耗小于1dB；

(7)45°光学检偏器209的工作波长为1550nm、偏振消光比小于0.2dB、插入损耗小于1dB；

(8)第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22均为普通熊猫型保偏光纤，工作波长为1550nm、长度均为20m左右；

(9)1×2单模耦合器401的工作波长为1550nm、插入损耗小于0.5dB、分光比为50：50；

(10)单模环形器402为三端口环行器，每两个端口之间的插入损耗小于1dB、隔离度大于40dB、工作波长为1550nm；

(11)光纤准直透镜403的工作波长为1550nm，扫描反射镜404的反射率大于92％，光程扫描平台405的平均插入损耗小于2dB，损耗波动小于±0.2dB，光程扫描范围200mm(扫描范围可依据待测保偏光纤环的长度进行调整)；

(12)2×2单模耦合器406的工作波长为1550nm、插入损耗小于0.5dB、分光比为50：50；

(13)差分光电探测器407、408的光敏材料为InGaAs，光波长探测范围为1200～1700nm，光电转换的响应度大于0.8。

采用上述光学器件来搭建测量装置，并根据所述的测量方法来对一支保偏光纤环进行实际测量：

1、确定第一保偏光纤206、第二保偏光纤207、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度，分别为l_f-1＝1.5m、l_f-2＝1.2m、l_exf-1＝20.5m、l_exf-2＝20.1m；

2、计算第一保偏光纤206、第二保偏光纤207、第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22的光纤长度所对应的空间光程差，分别表示为S_f-1、S_f-2、S_exf-1、S_exf-2。此处保偏光纤的双折射按5×10^-4计，则空间光程差为：S_f-1＝750um，S_f-2＝600um，S_exf-1＝10250um，S_exf-2＝10050um；

3、将待测保偏光纤环3的两个自由端口分别与第一延长保偏光纤21、第二延长保偏光纤22熔接，并设定熔接时的光纤对轴角度为0°；

4、在双向测量切换模块2未通电时，进行一次测量，获得待测保偏光纤环3的正向偏振串扰测量结果。此时，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2＝10650um，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1＝11000um；

5、将双向测量切换模块2通电，实现测量方向的切换，再进行一次测量，获得待测保偏光纤环3的反向偏振串扰测量结果。此时，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1＝11000um，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2＝10650um；

6、将正向、反向的偏振串扰测量结果进行对比和分析，用于评价待测保偏光纤环3的绕环互易性和绕环对称性等参数。

综上，本发明提供了一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，装置中包括宽谱光源模块1、双向测量切换模块2、待测保偏光纤环3、偏振串扰检测模块4，使用一个光学起偏和光学检偏功能集成的2×2光开关作为双向测量切换模块2的核心部件，通过控制其分别处于通电和断电的两种状态，来实现正向和反向测量的切换。该模块中的两个单模光纤端口分别与宽谱光源模块1和偏振串扰检测模块4连接，两个保偏光纤端口与待测保偏光纤环3连接。装置中所用的双向测量切换模块2实现了正反向传输光信号共用起偏和检偏器件，能够降低正反向测量差异，测量准确性和可靠性高。该模块体积小、功能全，极大简化了测量光路的复杂程度。所提出的测量装置可广泛用于保偏光纤环的偏振串扰双向测量、互易性评估以及绕环对称性评价。

Claims (3)

1.一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，其特征在于：包括宽谱光源模块(1)、双向测量切换模块(2)、待测保偏光纤环(3)、偏振串扰检测模块(4)，由宽谱光源模块(1)发出的低偏光信号经过双向测量切换模块(2)进入待测保偏光纤环(3)，通过对双向测量切换模块(2)施加电信号控制，使得光信号分别以正向和反向输入到待测保偏光纤环(3)中，由待测保偏光纤环(3)输出的光信号再次经过双向测量切换模块(2)后进入偏振串扰检测模块(4)中，通过检测白光干涉信号获得偏振串扰测量数据；双向测量切换模块(2)由多功能2×2光开关(20)、第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)、电信号控制线(23)组成；多功能2×2光开关(20)由输入单模光纤(201)、输入单模光纤准直镜(202)、输出单模光纤(211)、输出单模光纤准直镜(210)、第一保偏光纤(206)、第一保偏光纤准直镜(205)、第二保偏光纤(207)、第二保偏光纤准直镜(208)、0°光学起偏器(203)、45°光学检偏器(209)、可控旋转棱镜(204)组成；多功能2×2光开关(20)中输入单模光纤(201)与输入单模光纤准直镜(202)连接，输出单模光纤(211)与输出单模光纤准直镜(210)连接，第一保偏光纤(206)与第一保偏光纤准直镜(205)以正交轴相互对准的方式连接，第二保偏光纤(207)与第二保偏光纤准直镜(208)以正交轴相互对准的方式连接，0°光学起偏器(203)的工作轴与第一保偏光纤准直镜(205)的慢轴对准，45°光学检偏器(209)的工作轴与第二保偏光纤准直镜(208)的慢轴以45°的角度对准；输入单模光纤(201)的另一端通过第一连接器(L1)与宽谱光源模块(1)连接，输出单模光纤(211)的另一端通过第二连接器(L2)与偏振串扰检测模块(4)连接，第一保偏光纤(206)的另一端与第一延长保偏光纤(21)连接并形成第一熔接点(F1)，第二保偏光纤(207)的另一端与第二延长保偏光纤(22)连接并形成第二熔接点(F2)，第一熔接点(F1)、第二熔接点(F2)的熔接对轴角度均为0°。

2.根据权利要求1所述的一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量装置，其特征在于：第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)分别与待测保偏光纤环(3)的两个自由端口连接，并分别形成第三熔接点(F3)、第四熔接点(F4)；第三熔接点(F3)、第四熔接点(F4)的熔接对轴角度均为0°，由于第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)在熔接过程中需要进行切割，其光纤长度会逐渐变短，为了延长双向测量切换模块(2)的使用寿命，要求第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)的初始长度至少为20m，当第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)的光纤长度不足5m时，则重新替换20m长度的新延长保偏光纤。

3.一种基于多功能光开关的保偏光纤环偏振串扰双向测量方法，其特征在于：包括权利要求1或2所述的测量装置，具体如下：

步骤一：确定第一保偏光纤(206)、第二保偏光纤(207)、第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)的光纤长度，分别表示为l_f-1、l_f-2、l_exf-1、l_exf-2；

步骤二：计算第一保偏光纤(206)、第二保偏光纤(207)、第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)的光纤长度所对应的空间光程差，分别表示为S_f-1、S_f-2、S_exf-1、S_exf-2，若保偏光纤的双折射为Δn，则空间光程差的计算方法为：S_f-1＝l_f-1×Δn，S_f-2＝l_f-2×Δn，S_exf-1＝l_exf-1×Δn，S_exf-2＝l_exf-2×Δn；

步骤三：将待测保偏光纤环(3)的两个自由端口分别与第一延长保偏光纤(21)、第二延长保偏光纤(22)熔接，并设定熔接时的光纤对轴角度为0°；

步骤四：在双向测量切换模块(2)未通电时，进行一次测量，获得待测保偏光纤环(3)的正向偏振串扰测量结果，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-2+S_exf-2，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1；

步骤五：将双向测量切换模块(2)通电，实现测量方向的切换，再进行一次测量，获得待测保偏光纤环(3)的反向偏振串扰测量结果，光纤环测量信息的起始位置距离测量图谱起点的空间光程差为S_f-1+S_exf-1，光纤环测量信息的结尾位置距离测量图谱终点的空间光程差为S _f-2+S_exf-2；

步骤六：将正向、反向的偏振串扰测量结果进行对比和分析，用于评价待测保偏光纤环(3)的绕环互易性和绕环对称性的参数。

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