CN114001927A - 一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，属于光学测量技术领域，保偏光纤光学测量系统包括：第一磁光开关接收保偏光纤的初始激光，并将初始激光按设定时间间隔截断；第二磁光开关将间隔激光分为第一测试激光和第一参考激光；第一测试激光经过测试元件后，得到第二测试激光；光电探测组件获取周围环境的噪声信号，并将第二测试激光转换为测试电信号，将第一参考激光转换为参考电信号；处理组件根据测试电信号、参考电信号及噪声信号，确定测试元件的光学透过情况。设置两个磁光开关使激光更稳定可靠且便于切换，引入参考电信号排除光源的不稳定以及光电探测器波动的影响，提高了光学透过情况的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，特别是涉及一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统。
背景技术
随着光纤技术的发展，光纤在测量系统中的应用越来越广泛。光纤的传输损耗低以及可以弯折的特点可以使我们不必遵守光的直线传播定律，简化系统设计。
激光的单色性好，单一波长的能量密度高，可以检测能量衰减很高、透过率很低的光学元件，提升测试精度。激光是一种具有偏振态的光，激光在光纤中传输，受外部影响，激光的偏振态随时都会发生变化。如果被测物体或测量系统中的光学元件对偏振态敏感，就会产生测试值波动大的现象，导致测试精度降低。现有的光纤激光测试方法一般用普通单模或多模光纤，需要对光纤进行固定之类的处理，以减少激光在光纤中偏振态的改变，减少信号抖动，前期的处理方法复杂。
现有的单一波长光能量测试方法一般有两种：1、采用机械式斩波器对光信号进行调制，利用设备对调制的光进行微信号检测。在长时间应用的场合，测试信号易受光信号强度变化、探测器温漂等因素的影响而导致测试精度降低。2、对比发光能量测试方法，采用常规光源，大芯径光纤，采用特定的机械斩波方法，消除光源及探测器的变化。以上两种方案都需要单色仪分光，光源的单波长能量密度低，能量的测试范围及精度受限。
基于上述问题，亟需一种新的光学测量系统以提高测试精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，可提高光学透过情况的测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，所述采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统包括：
第一磁光开关，用于接收保偏光纤的初始激光，并将所述初始激光按设定时间间隔截断，得到间隔激光；
第二磁光开关，设置在所述第一磁光开关的输出光路上，用于将所述间隔激光分为第一测试激光和第一参考激光；
测试元件，设置在所述第一测试激光的光路上，所述第一测试激光经过所述测试元件后，得到第二测试激光；
光电探测组件，用于接收所述第二测试激光及所述第一参考激光，并获取周围环境的噪声信号，以及将所述第二测试激光转换为测试电信号，将所述第一参考激光转换为参考电信号；
处理组件，与所述光电探测组件连接，用于根据所述测试电信号、所述参考电信号及所述噪声信号，确定所述测试元件的光学透过情况。
可选地，所述第一磁光开关为通断型光开关。
可选地，所述第二磁光开关为切换型光开关。
可选地，所述第一磁光开关的通光时间是阻断时间的两倍。
可选地，所述光电探测组件包括：
保偏光纤衰减器，设置在所述第一参考激光的光路上，用于降低所述第一参考激光的功率，得到第二参考激光；
光电探测器，用于接收所述第二测试激光及所述第二参考激光，并获取周围环境的噪声信号，以及将所述第二测试激光转换为测试电信号，将所述第二参考激光转换为参考电信号。
可选地，所述保偏光纤衰减器为电动可调式保偏光纤衰减器。
可选地，所述采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统还包括：
显示器，与所述处理组件连接，用于显示所述测试电信号、所述参考电信号、所述噪声信号及测试元件的光学透过情况。
可选地，所述处理组件包括：
第一减法器，与所述光电探测组件连接，用于将所述测试电信号与所述噪声信号相减，得到第一结果；
第二减法器，与所述光电探测组件连接，用于将所述参考电信号与所述噪声信号相减，得到第二结果；
乘法器，与所述第二减法器连接，用于将所述第二结果与光强信号相乘，得到第三结果；所述光强信号为初始激光与参考激光的光强比；
除法器，分别与所述第一减法器及所述乘法器连接，用于计算所述第一结果与第三结果的比值，得到第四结果；所述第四结果表征测试元件的光学透过情况。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过设置两个磁光开关，使得激光更稳定可靠、响应速度快且便于切换，在测量中引入参考电信号，排除光源的不稳定以及光电探测器波动的影响，提高了光学透过情况的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统的结构示意图；
图2为磁光开关和光电探测器的时序图。
符号说明：
第一磁光开关-1，第二磁光开关-2，测试元件-3，光电探测组件-4，保偏光纤衰减器-41，光电探测器-42，处理组件-5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，通过设置两个磁光开关，使得激光更稳定可靠、响应速度快且便于切换，在测量中引入参考电信号，排除光源的不稳定以及光电探测器波动的影响，提高了光学透过情况的测量精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统包括：第一磁光开关1、第二磁光开关2、测试元件3、光电探测组件4及处理组件5。
具体地，所述第一磁光开关1用于接收保偏光纤的初始激光，并将所述初始激光按设定时间间隔截断，得到间隔激光B。在本实施例中，所述第一磁光开关1为通断型光开关。优选地，所述第一磁光开关1的通光时间是阻断时间的两倍。
所述第二磁光开关2与设置在所述第一磁光开关的输出光路上，第二磁光开关2用于将所述间隔激光分为第一测试激光和第一参考激光。在本实施例中，所述第二磁光开关2为切换型光开关。优选地，所述第二磁光开关2将所述第一磁光开关1的通光时间得到的间隔激光均匀分为测试激光和参考激光。
光开关是一种能够实现光路通断、光路切换的光器件，光开关在光通信系统中的光链路保护有重要应用。磁光开关是光开关的一种，是法拉第磁光效应的应用。磁光开关的优点是：没有可移动部件、低功耗、稳定可靠、开关速度快(十微妙级别)。本发明采用两个磁光开关，提高了激光的稳定性及响应速度快。
所述测试元件3设置在所述第一测试激光的光路上，所述第一测试激光经过所述测试元件3后，得到第二测试激光。在本实施例中，所述测试元件3可为任意需要测量光透过率的光学元件。
所述光电探测组件4用于接收所述第二测试激光及所述第一参考激光，并获取周围环境的噪声信号，以及将所述第二测试激光转换为测试电信号，将所述第一参考激光转换为参考电信号。
所述处理组件5与所述光电探测组件4连接，所述处理组件5用于根据所述测试电信号、所述参考电信号及所述噪声信号，确定所述测试元件的光学透过情况。
具体地，所述处理组件包括：第一减法器、第二减法器、乘法器以及除法器。
其中，所述第一减法器与所述光电探测组件4连接，所述第一减法器用于将所述测试电信号与所述噪声信号相减，得到第一结果。具体地，a1＝S-N，其中，a1为第一结果，S为测试电信号，N为噪声信号。
所述第二减法器与所述光电探测组件4连接，所述第二减法器用于将所述参考电信号与所述噪声信号相减，得到第二结果。具体地，a2＝R-N，其中，a2为第二结果，R为参考电信号。
所述乘法器与所述第二减法器连接，所述乘法器用于将所述第二结果与光强信号相乘，得到第三结果；所述光强信号为初始激光与参考激光的光强比。具体地，a3＝K*a2，其中，a3为第三结果，K为光强信号。
所述除法器分别与所述第一减法器及所述乘法器连接，所述除法器用于计算所述第一结果与第三结果的比值，得到第四结果；所述第四结果表征测试元件的光学透过情况。具体地，a4＝a1/a3，其中，a4为第四结果。
所述测试元件的光学透过情况可以表征测试元件的光学透过率。
可选地，根据以下公式计算光学透过率：
T＝(S-N)/(K*(R-N))；
其中，T为测试元件的光学透过率，S为测试电信号，N为噪声信号，R为参考电信号，K为初始激光与参考激光的光强比。
在本实施例中，所述减法器、所述乘法器及所述除法器均采用现有的计算电路。
进一步地，所述光电探测组件4包括保偏光纤衰减器41及光电探测器42。
其中，所述保偏光纤衰减器41设置在所述第一参考激光的光路上，所述保偏光纤衰减器41用于降低所述第一参考激光的功率，得到第二参考激光。
在本实施例中，所述保偏光纤衰减器41为电动可调式保偏光纤衰减器。本发明引入电动可调保偏光纤衰减器可以获得不同的强度比，用于不同测试电信号强度的测试，提高了测试精度。
所述光电探测器42用于接收所述第二测试激光及所述第二参考激光，并获取周围环境的噪声信号，以及将所述第二测试激光转换为测试电信号，将所述第二参考激光转换为参考电信号。如图2所示为第一磁光开关、第二磁光开关和光电探测器的时序图。
更进一步地，本发明采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统还包括显示器。所述显示器与所述处理组件5连接，所述显示器用于显示所述测试电信号、所述参考电信号、所述噪声信号及测试元件的光学透过情况。
可选地，当所述第一测试激光的光路上没有测试元件时，所述光学透过率为100％。
由于采用同一个光电探测器，可以认为光电探测器在相邻的测试电信号S、参考电信号R、噪声信号N时序内保持一致，可以将光电探测器的波动对系统测试精度的影响降到最低，可以获得接近能量绝对值的、准确的测试元件透过率，测试精度很高。
由于保偏光纤只允许一个偏振态的光在光纤中传输，对另外一个偏振态有很强的抑制作用，采用保偏光纤的测试系统可以提升信号的稳定性，提升测试精度。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统包括：
第一磁光开关，用于接收保偏光纤的初始激光，并将所述初始激光按设定时间间隔截断，得到间隔激光；
第二磁光开关，设置在所述第一磁光开关的输出光路上，用于将所述间隔激光分为第一测试激光和第一参考激光；
测试元件，设置在所述第一测试激光的光路上，所述第一测试激光经过所述测试元件后，得到第二测试激光；
光电探测组件，用于接收所述第二测试激光及所述第一参考激光，并获取周围环境的噪声信号，以及将所述第二测试激光转换为测试电信号，将所述第一参考激光转换为参考电信号；
处理组件，与所述光电探测组件连接，用于根据所述测试电信号、所述参考电信号及所述噪声信号，确定所述测试元件的光学透过情况。
2.根据权利要求1所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述第一磁光开关为通断型光开关。
3.根据权利要求1所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述第二磁光开关为切换型光开关。
4.根据权利要求2所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述第一磁光开关的通光时间是阻断时间的两倍。
5.根据权利要求1所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述光电探测组件包括：
保偏光纤衰减器，设置在所述第一参考激光的光路上，用于降低所述第一参考激光的功率，得到第二参考激光；
光电探测器，用于接收所述第二测试激光及所述第二参考激光，并获取周围环境的噪声信号，以及将所述第二测试激光转换为测试电信号，将所述第二参考激光转换为参考电信号。
6.根据权利要求5所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述保偏光纤衰减器为电动可调式保偏光纤衰减器。
7.根据权利要求1所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统还包括：
显示器，与所述处理组件连接，用于显示所述测试电信号、所述参考电信号、所述噪声信号及测试元件的光学透过情况。
8.根据权利要求1所述的采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统，其特征在于，所述处理组件包括：
第一减法器，与所述光电探测组件连接，用于将所述测试电信号与所述噪声信号相减，得到第一结果；
第二减法器，与所述光电探测组件连接，用于将所述参考电信号与所述噪声信号相减，得到第二结果；
乘法器，与所述第二减法器连接，用于将所述第二结果与光强信号相乘，得到第三结果；所述光强信号为初始激光与参考激光的光强比；
除法器，分别与所述第一减法器及所述乘法器连接，用于计算所述第一结果与第三结果的比值，得到第四结果；所述第四结果表征测试元件的光学透过情况。
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| CN202111457070.6A CN114001927A (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 一种采用磁光开关的保偏光纤光学测量系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117554034A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-02-13 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 分布式侧面泵浦光纤耦合系数测量方法、系统及装置 |
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2021
- 2021-12-02 CN CN202111457070.6A patent/CN114001927A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117554034A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-02-13 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 分布式侧面泵浦光纤耦合系数测量方法、系统及装置 |
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