CN112525486A - 一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，包括：光源、分光器、起偏器、以及采集装置，所述光源通过保偏光纤与分路器的输入端连接，所述分路器设有一监控端口、一个或多个测试端口，所述监控端口通过保偏光纤与采集装置的监控输入端连接，每个所述测试端口通过保偏光纤与起偏器的一光路输入端连接，所述起偏器的每一光路输出端通过保偏光纤与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别与所述采集装置的测试输入端连接。本发明采用单偏振工作的铌酸锂阵列直波导作为起偏器，突破了测试精度低、效率低和成本高的问题，另采用多通道采集仪，可以实现多通道尾纤偏振串音和插入损耗同时采集的要求。
Description
技术领域
本发明涉及光纤相关技术领域，特别是一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统。
背景技术
在光纤电流互感器中，其关键器件铌酸锂直波导相位调制器的光电性能对整个传感器的性能具有较大的影响。钛扩散铌酸锂直条波导相位调制器具有双偏振特性，能够同时传输横电波(transverse electric，TE)和横磁波(transverse magnetic，TM)模、并能同时对这两个模式的相位进行调制，这一特性使其在光纤传感领域特别是光纤电流传感器的研制中备受青睐。如图1所示，超辐射发光二极管(Super-luminescent Diode，SLD)光源1’、光接收组件2’、前放3’、A/D转换器4’、信号处理器5’、D/A转换器6’、环行器7’、起偏器8’、直波导相位调制器9’、保偏光纤延时器10’、λ/4波片11’、光纤圈12’、反射镜13’、与截流导线14’组成了光纤电流互感器系统。在该系统中，利用直波导相位调制器8’形成光纤电流传感器光路具有更小的温度误差和振动误差，并且时间互易性较好。
随着电流互感器的应用，测量准确度的温度漂移依然是制约高性能电流互感器的技术瓶颈，而钛扩散铌酸锂直波导作为系统的关键部件之一，如图2所示为直波导结构示意图，包括钛扩散铌酸锂基底21’、波导22’、以及电极23’。研究发现全温条件下，尾纤偏振串音的变化是引起系统偏振误差的主要原因，直波导的低温尾纤偏振串音劣化直接导致比差低温变差。另外系统温度噪声也是影响电流互感器高性能的重要因素，研究发现直波导插入损耗变化与噪声起伏有直接的关系，因此全温尾纤偏振串音和插入损耗变化对于评估系统偏振误差和温度噪声是非常关键的两个指标。
现有的测试方法存在如下缺陷：
由于钛扩散直波导为双偏振工作模式，输入波导的光需要起偏后才能分别测试TE/TM的尾纤偏振串音，目前起偏部分有采用光纤型起偏器的，偏振串音约为-20dB左右，而直波导的尾纤偏振串音优于-27dB，高的甚至达到-34dB，很显然，光纤型起偏器无法满足测试准确度要求，另外还有采用偏振控制组件进行起偏的，精度虽可以满足要求，但由于是空间光路，稳定性差，需要经常校准起偏片方向，操作繁琐，不能时时监控尾纤偏振串音的变化情况，另偏振控制组件损耗大、成本高，测试效率低，不利于实现批量化高效率测试的要求。
发明内容
基于此，有必要针对现有的波导测试方式稳定性差，操作繁琐，且偏振控制组件损耗大、成本高，测试效率低，不利于实现批量化高效率测试的要求的技术问题，提供一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统。
本发明提供一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，包括：光源、分光器、起偏器、以及采集装置，所述光源通过保偏光纤与分路器的输入端连接，所述分路器设有一监控端口、一个或多个测试端口，所述监控端口通过保偏光纤与采集装置的监控输入端连接，每个所述测试端口通过保偏光纤与起偏器的一光路输入端连接，所述起偏器的每一光路输出端通过保偏光纤与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别与所述采集装置的测试输入端连接。
进一步地，所述起偏器为阵列波导芯片。
更进一步地，所述起偏器包括：X切y传铌酸锂材料芯片基底，在所述芯片基底上设置有一组或多组起偏器直波导，每组起偏器直波导之间切割一个隔离槽，每组所述起偏器直波导的输入端为所述光路输入端，每组所述起偏器直波导的输出端为所述光路输出端。
再进一步地，所述隔离槽上涂覆吸光物质。
再进一步地，所述起偏器直波导的输入端和输出端采用保偏光纤耦合，所述起偏器直波导为退火质子交换起偏器直波导。
进一步地，还包括容置所述待测器件的温变箱，所述起偏器的每一光路输出端通过保偏光纤插入所述温变箱与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别从所述温变箱穿出与所述采集装置的测试输入端连接。
更进一步地，还包括测量所述温变箱箱内温度的温度传感器，所述温度传感器的输出端与所述采集装置的温度输入端通信连接。
进一步地，所述采集装置还设有监控所述测试输入端和所述监控输入端的光功率的功率监控端口。
进一步地，还包括法兰盘，所述分光器的每个所述测试端口通过保偏光纤经所述法兰盘与起偏器的一光路输入端连接。
进一步地，所述起偏器的每一光路输出端与一待测器件的输入端对轴保偏熔接，且熔接角度为0°或90°。
本发明采用单偏振工作的铌酸锂阵列直波导作为起偏器，突破了测试精度低、效率低和成本高的问题，另采用多通道采集仪，可以实现多通道尾纤偏振串音和插入损耗同时采集的要求。
附图说明
图1为光纤电流互感器的系统框图；
图2为直波导结构示意图；
图3为本发明一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统的系统原理图；
图4为起偏器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图3所示为本发明一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统的系统原理图，包括：光源1、分光器2、起偏器3、以及采集装置4，所述光源1通过保偏光纤与分路器2的输入端连接，所述分路器2设有一监控端口、一个或多个测试端口，所述监控端口通过保偏光纤与采集装置4的监控输入端连接，每个所述测试端口通过保偏光纤与起偏器3的一光路输入端连接，所述起偏器3的每一光路输出端通过保偏光纤与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别与所述采集装置的测试输入端连接。
具体来说，光源1发出的消偏光经分路器分为多路，其中，优选地，总共分为16路，01-15路作为测试输入光，16路作为监控光源稳定性和计算参照用，01-15路从分路器2输出的光进入起偏器3，消偏光进入起偏器3后变为单偏振线偏光，经起偏器3保偏光纤输出，优选采用保偏尾纤输出，与待测器件801-815连接。待测期间801-815优选为待测直波导，更优选为钛扩散直波导。待测直波导输出尾纤通过适配器与自动采集系统连接，实时采集尾纤偏振串音和插入损耗变化量。
本发明采用单偏振工作的铌酸锂阵列直波导作为起偏器，突破了测试精度低、效率低和成本高的问题，另采用多通道采集仪，可以实现多通道尾纤偏振串音和插入损耗同时采集的要求。
在其中一个实施例中，所述起偏器3为阵列波导芯片。
如图4所示，在其中一个实施例中，所述起偏器3包括：X切y传铌酸锂材料芯片基底31，在所述芯片基底31上设置有一组或多组起偏器直波导32，每组起偏器直波导32之间切割一个隔离槽33，每组所述起偏器直波导32的输入端为所述光路输入端，每组所述起偏器直波导32的输出端为所述光路输出端。
本实施例通过起偏器3实现将光源1的消偏光调整为单偏振线偏光。
在其中一个实施例中，所述隔离槽33上涂覆吸光物质。
本实施例通过涂覆吸光物质，防止波导间发生串扰。
在其中一个实施例中，所述起偏器直波导32的输入端和输出端采用保偏光纤耦合，所述起偏器直波导32为退火质子交换起偏器直波导。
本实施例芯片采用退火质子交换直波导，仅支持TE模式传输，输入输出采用保偏光纤耦合，最后可以采用管壳封装成一个起偏器模块，该模块尾纤偏振串音可高达38dB,远远高于测试直波导的串音值，满足测试要求，单根损耗仅为1.2dB左右,便于实现批量化测试。
在其中一个实施例中，还包括容置所述待测器件的温变箱5，所述起偏器3的每一光路输出端通过保偏光纤插入所述温变箱5与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别从所述温变箱5穿出与所述采集装置的测试输入端连接。
本实施例增加温变箱，温变箱具有高低温循环功能，可以实现定速变温。
在其中一个实施例中，还包括测量所述温变箱5箱内温度的温度传感器6，所述温度传感器6的输出端与所述采集装置4的温度输入端通信连接。
本实施例通过温度传感器，以实时记录温变箱温度变化情况。
在其中一个实施例中，所述采集装置4还设有监控所述测试输入端和所述监控输入端的光功率的功率监控端口41。
本实施例通过功率监控端口，监控多路分路器输出的光功率，作参考用。
在其中一个实施例中，还包括法兰盘7，所述分光器2的每个所述测试端口通过保偏光纤经所述法兰盘7与起偏器3的一光路输入端连接。
本实施例设置法兰盘，分路器测试端口输出的光经过法兰盘连接点进入起偏器。
在其中一个实施例中，所述起偏器3的每一光路输出端与一待测器件的输入端对轴保偏熔接，且熔接角度为0°或90°。
本实施例分路器测试端口输出的光进入起偏器后，经起偏器保偏尾纤输出，与待测器件进行保偏熔接，起偏器和直波导尾纤均为快轴定轴，因此熔接角度选择为0°(90°)时，在直波导中传输的为TE(TM)模式。
作为本发明最佳实施例，一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，如图3所示，包括：光源1、分光器2、起偏器3、采集装置4、容置待测器件的温变箱5、温度传感器6、以及法兰盘7，所述光源1通过保偏光纤与分路器2的输入端连接，所述分路器2设有一监控端口、一个或多个测试端口，所述监控端口通过保偏光纤与采集装置4的监控输入端连接，每个所述测试端口通过保偏光纤经所述法兰盘7与起偏器3的一光路输入端连接，所述起偏器3的每一光路输出端通过保偏光纤插入所述温变箱5与一待测器件的输入端连接，所述起偏器3的每一光路输出端与一待测器件的输入端对轴保偏熔接，且熔接角度为0°或90°，每一所述待测器件的输出端分别从所述温变箱5穿出与所述采集装置的测试输入端连接，所述温度传感器6的输出端与所述采集装置4的温度输入端通信连接，所述采集装置4还设有监控所述测试输入端和所述监控输入端的光功率的功率监控端口41；
所述起偏器3为阵列波导芯片，所述起偏器3包括：X切y传铌酸锂材料芯片基底31，在所述芯片基底31上设置有一组或多组起偏器直波导32，每组起偏器直波导32之间切割一个隔离槽33，所述隔离槽33上涂覆吸光物质，每组所述起偏器直波导32的输入端为所述光路输入端，每组所述起偏器直波导32的输出端为所述光路输出端，所述起偏器直波导32的输入端和输出端采用保偏光纤34耦合，所述起偏器直波导32为退火质子交换起偏器直波导，外部封装管壳35。
光路原理为：光源发出的消偏光经分路器分为16路，01-15路作为测试输入光，16路作为监控光源稳定性和计算参照用，1-15路分路器输出的光经过法兰盘连接点进入起偏器，消偏光进入起偏器后变为单偏振线偏光，经起偏器保偏尾纤输出，与待测器件进行保偏熔接，起偏器和直波导尾纤均为快轴定轴，因此熔接角度选择为0°(90°)时，在直波导中传输的为TE(TM)模式，直波导输出尾纤通过适配器与自动采集系统连接，实时采集TE(TM)模式的尾纤偏振串音和插入损耗变化量。
组成各部件介绍：
光源1：SLD大功率消偏光源，功率10±1mW。
分路器2：1×16光纤型分束器，实现分光。
起偏器3：阵列波导芯片，如图4所示，在X切y传铌酸锂材料上，设计17根直波导，15组测试用，2组作为备用，每组波导间会切割一个隔离槽，并对其涂覆吸光物质进行隔离，防止波导间发生串扰。芯片采用退火质子交换直波导，仅支持TE模式传输，输入输出采用保偏光纤耦合，最后采用管壳封装成一个起偏器模块。
由于起偏器采用退火质子交换波导制作，该工艺制作的波导具有起偏(单偏振工作状态)的功能，因此尾纤偏振串音较高。其中，单根直波导的插入损耗为1.2dB,包括耦合损耗0.3dB/端，传输损耗0.3dB/cm，总长2cm，因此总损耗为0.3dB×2端+0.3dB×2cm＝1.2dB。由于该模块尾纤偏振串音可高达38dB,远远高于测试直波导的串音值，满足测试要求，单根损耗仅为1.2dB左右,便于实现批量化测试。
待测器件：钛扩散直波导，可同时传输两个模式TE/TM。
温变箱5：具有高低温循环功能，可以实现定速变温。
温度传感器6：用于实时记录温变箱温度变化情况。
功率监控端口41：监控16路分路器输出的光功率，作参考用。
自动采集系统4：实施采集待测器件的尾纤偏振串音和插入损耗变化量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，包括：光源(1)、分光器(2)、起偏器(3)、以及采集装置(4)，所述光源(1)通过保偏光纤与分路器(2)的输入端连接，所述分路器(2)设有一监控端口、一个或多个测试端口，所述监控端口通过保偏光纤与采集装置(4)的监控输入端连接，每个所述测试端口通过保偏光纤与起偏器(3)的一光路输入端连接，所述起偏器(3)的每一光路输出端通过保偏光纤与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别与所述采集装置的测试输入端连接。
2.根据权利要求1所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，所述起偏器(3)为阵列波导芯片。
3.根据权利要求2所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，所述起偏器(3)包括：X切y传铌酸锂材料芯片基底(31)，在所述芯片基底(31)上设置有一组或多组起偏器直波导(32)，每组起偏器直波导(32)之间切割一个隔离槽(33)，每组所述起偏器直波导(32)的输入端为所述光路输入端，每组所述起偏器直波导(32)的输出端为所述光路输出端。
4.根据权利要求3所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，所述隔离槽(33)上涂覆吸光物质。
5.根据权利要求3所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，所述起偏器直波导(32)的输入端和输出端采用保偏光纤耦合，所述起偏器直波导(32)为退火质子交换起偏器直波导。
6.根据权利要求1所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，还包括容置所述待测器件的温变箱(5)，所述起偏器(3)的每一光路输出端通过保偏光纤插入所述温变箱(5)与一待测器件的输入端连接，每一所述待测器件的输出端分别从所述温变箱(5)穿出与所述采集装置的测试输入端连接。
7.根据权利要求6所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，还包括测量所述温变箱(5)箱内温度的温度传感器(6)，所述温度传感器(6)的输出端与所述采集装置(4)的温度输入端通信连接。
8.根据权利要求1所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，所述采集装置(4)还设有监控所述测试输入端和所述监控输入端的光功率的功率监控端口(41)。
9.根据权利要求1所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，还包括法兰盘(7)，所述分光器(2)的每个所述测试端口通过保偏光纤经所述法兰盘(7)与起偏器(3)的一光路输入端连接。
10.根据权利要求1所述的起偏器直波导尾纤偏振串音测试系统，其特征在于，所述起偏器(3)的每一光路输出端与一待测器件的输入端对轴保偏熔接，且熔接角度为0°或90°。
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