CN1912564A - 保偏光纤拍长测试仪及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保偏光纤拍长测试仪及应用，特别是采用压力微扰法测量保偏光纤的拍长参数的测试仪。压力微扰法测量保偏光纤的拍长技术，当前实用化技术水平低。国内一些单位所用仪器也多为实验室水平。本发明的这种保偏光纤拍长测试仪，是由精密微位移控制装置、信号处理分析控制系统、液晶触摸屏显示系统、上位机分析处理系统、光纤传输偏振态直接耦合调节装置、压力施加装置、光路系统组成。本发明的有益效果：可实现50nm分辨率和10μm测量精度。仪器易损件可方便更换；可通过轴承对对被测光纤施压，光纤不易断裂；采用液晶触摸屏交互模式，可独立进行测试工作；可实现与上位机的通讯，并可用于对光纤性能的分析处理。

Description

保偏光纤拍长测试仪及其应用

技术领域

本发明涉及一种保偏光纤拍长测试仪，特别是采用压力微扰法测量保偏光纤的拍长参数的测试仪，属于保偏光纤测试及光纤传感领域。

背景技术

本发明采用压力微扰法测量保偏光纤的拍长参数及进行其性能分析。其基本原理是，当线偏振光在与保偏光纤快慢轴成45度角入射时，由于光纤双折射作用，传输光将沿传输方向形成拍而出现其光功率按一定周期的变化。沿光纤径向施加压力微扰，并沿传输光方向位移，其结果将使输出光功率随微扰的移动而出现周期性的变化。可以确定，微扰移动的距离与输出端光功率的周期变化有关，移动的距离与光纤拍长相同时，光功率将出现一个周期的变化。因此，通过对出射端光功率变化周期对应的微扰移动距离的测量，可得到保偏光纤的拍长参数。

压力微扰法测量保偏光纤的拍长技术，始于1985年。可以查到的相关文章和专利不多。在国内外市场上，未见到成熟产品的销售。已知国内一些单位所用测试仪器也多为实验室水平。在被测光纤的耦合技术、压力施加技术及数据处理等方面，均采用原理性手段，且人工读数，技术水平低。过去多年国外依然对传感用保偏光纤实行禁运，而禁运的依据则是拍长参数，由此可见拍长参数的重要性。

经委托查新，采用网络检索、与美国Dialog情报检索系统联机检索以及手工检索相结合的方式，在上述检索范围内，查到相关文献几十篇，其中对密切相关文献内容总结如下：

1、文献1是一篇关于保偏光纤拍长测试问题方面的综述性文献，文献1和本课题研究的侧重点不同。而本课题研究了基于压力微扰法的保偏光纤拍长参数自动测试仪，测试仪还可以用来进行应力对保偏光纤性能影响的分析。

2、文献2基于压力法，采用点耦合分析，提出了一种偏轴输入对轴检测的测量法，并建立了微机控制的拍长测量系统；文献3系统全面地分析总结了压力法测量保偏光纤拍长的原理和方法，给出了单模工作情况下侧向压力作用模式耦合的严格理论分析。文献9也介绍了采用一种简单的非调制的弹性光学微扰技术测量保偏光纤的拍长。文献2、3、9均采用压力法测量保偏光纤拍长，但并未提出相关技术手段，而本课题基于压力微扰法测量保偏光纤拍长参数，采用了独特的技术手段，并且用高精度微位移步进电机控制技术，可实现50纳米分辨率和10微米测量精度。但本课题还采用了轴承对可调压力技术，以及液晶触摸屏人机交互模式和上位机数据分析技术等，可以对测试数据进行进一步的分析。

3、文献4、6、7、8均叙述了磁光调制的方法测量保偏光纤的拍长，利用磁光调制法测量偏振保持光纤拍长的基本原理并介绍了建立的测试系统和方法。而本课题研究了基于压力微扰法的保偏光纤拍长参数自动测试仪，文献4、6、7、8与本课题采用的保偏光纤拍长测量方法不同。此外由于磁光法在磁场的形成，信号的调制检测等方面较压力法有更高的要求。同时磁光法不能用于外力对保偏光纤性能影响的分析研究。

4、文献5介绍了保偏光纤的偏振串音和h参数以及它们的相互关系，给出了高精度起偏系统和检偏系统的光路结构，对影响测试精度的各种因素进行了详细分析。并使用自制的测试系统对国内几个单位生产的保偏光纤进行了测试。本课题研究了基于压力微扰法的保偏光纤拍长参数自动测试仪，并采用轴承对可调压力技术和液晶触摸屏人机交互模式和上位机数据分析技术，可以对测试数据进行进一步的分析。文献7与本课题研究的侧重点不同。

此外，在专利JP59-81523，JP59-126225，JP58-223032，EU0291962A2，EU0249923A2，及US6229599B1中，提及了观测法，波长扫描法，时差计算等方法，都不能达到本发明的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种保偏光纤拍长测试仪的新的技术方案，通过本发明，使用高精度微位移步进电机控制技术，和轴承对可调施压技术，以及液晶触摸屏交互技术，实现保偏光纤拍长自动测量的同时，还能够将其应用保偏光纤在应力作用下的性能分析。此外使用的光纤传输偏振态直接耦合调节装置，更能广泛应用于其它光纤偏振态的耦合调节中。

本发明的技术方案：

这种保偏光纤拍长测试仪，它是由精密微位移控制装置、信号处理分析控制系统、液晶触摸屏显示系统、上位机分析处理系统、光纤传输偏振态直接耦合调节装置、压力施加装置、光路系统组成；

精密微位移控制装置由步进电机及驱动电路7，精密丝杠及螺帽9和支架及其底座6组成，其由信号处理分析控制系统8通过电线接口15、16与步进电机及驱动电路连接，精密丝杠及螺帽9上通过螺钉固定连接有压力施加装置2；

信号处理分析控制系统8，采用单片机控制；它通过电线接口15、16与步进电机及驱动电路7)连接；在丝杠螺帽9的运动极限位置之间，安装有机械限位开关26，在安装机械限位开关的一侧安装位置传感器25，信号处理分析控制系统8，通过电线接口19、24与液晶触摸屏连接，通过电线接口17、20与探测器及光功率检测模块10连接，通过电线接口18，22与上位计算机进行通信；液晶触摸屏显示系统用于人机交互平台；

光路系统，由光源模块5，起偏器件78，光纤传输偏振态直接耦合调节装置3，被测光纤39，光纤传输偏振态直接耦合调节装置12，检偏器件80，探测器及光功率检测模块10组成；其特点在于：压力施加装置2，由压力基座38、轴承固定座33、活动座30、压力杠杆28、压力调节块35，压力源34或压力弹簧37、轴承对32以及光纤限位片36组成；压力基座与精密丝杠螺帽9通过螺钉连接在一起，轴承对32分别通过螺钉固定在轴承固定座33、活动座30上，轴承活动座30可以绕轴31转动，以分离轴承对32装卸被测光纤和传递压力杠杆28的力在被测光纤上；在轴承对32的一侧或两侧放置有光纤限位片36；压力施加装置2和光纤传输偏振态直接耦合调节装置3、12，由螺钉固定连接在精密位移控制装置的精密丝杠及螺帽9和支架的上方；

光纤传输偏振态直接耦合调节装置3，12由耦合座40、光纤夹持橡胶42、光纤定位陶瓷座46、安装于光纤轴向定位空间50的光纤轴向限位指示装置67及活动组合偏振态调节装置组成；在耦合座40上有光纤定位V型槽65，夹持光纤压片支架41，夹持压力磁铁43，通过螺纹固定裸光纤定位陶瓷头46的连接座45，以及容纳光纤直接耦合时伸出光纤的回缩空间44以及活动组合偏振态调节装置的输出光纤或信号电线的空间61；活动组合偏振态调节装置与耦合座40通过螺纹与连接螺帽58连接，活动组合偏振态调节装置通过旋转定位轴承52和连接螺帽58采用间隙配合限位；同时在空间62中可以放置弹簧，弹簧的一端与连接螺帽58接触，弹簧的另一端与定位轴承52的外圆接触。在耦合座40上开有一个容纳光纤轴向限位指示装置67的空间50和固定螺孔51；

光路系统中，光源可以采用DFB激光器，置于光源模块5中，光源模块5与光纤传输偏振态直接耦合调节装置3通过光纤跳线连接，在光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中，跳线活动接头的陶瓷定位头54通过定位陶瓷C型管53与裸光纤定位陶瓷头46对接，被测光纤光输入端通过裸光纤定位陶瓷头46与跳线活动接头的陶瓷定位头54中的光纤直接对接；被测光纤的另一端采用同样的方法与光纤传输偏振态直接耦合调节装置12连接；在采用光纤型检偏器件时，检偏器件可以置于探测器及光功率检测模块10中，光纤型检偏器与光探测器通过光纤活动接头连接；光纤传输偏振态直接耦合调节装置12与探测器及光功率检测模块10通过光纤跳线连接；此时被测光纤输出端与光纤传输偏振态直接耦合调节装置12的连接与被测光纤输入端相同；在采用块状晶体起偏器件时，光源模块5中的发光器件尾纤可以直接或通过光纤跳线与光纤传输偏振态直接耦合调节装置3连接；在光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中，发光器件或跳线的尾纤，通过定位陶瓷头79定位于准直透镜77的入射端；准直透镜77之间放置有晶体起偏器78，晶体起偏器78后准直透镜77的出射端定位于陶瓷头76中的光纤；此光纤与被测光纤通过定位陶瓷头对接耦合；在采用块状晶体检偏器件时，被测光纤通过裸光纤定位陶瓷头46定位，其后放置有晶体检偏器80，光探测器81，及其进行光信号前置处理的模块82。

保偏光纤拍长测试仪的测试方法它包括6个步骤。

保偏光纤拍长测试仪可以应用在：光纤或保偏光纤在不同外力作用下性能的分析；

通过改变施加在被测光纤上压力的大小，记录拍长测试过程中，光功率的变化范围，进行外力对保偏光纤性能影响的分析研究；

可以通过给出一定压力下的拍长数值及其光功率的相对变化的大小，或一定拍长测量次数的光功率相对变化的平均值，或一定光功率相对变化数值下的压力大小，作为对保偏光纤性能评价的一个参数。

本发明的有益效果：

可实现50nm分辨率和10μm测量精度。仪器的易损件可方便更换；可通过轴承对对被测光纤施压，光纤不易断裂；采用偏振态直接耦合调节装置，光路调节简单；采用液晶触摸屏交互模式，可独立进行测试工作；具有通讯接口实现与上位机的通讯和上位机数据的交换及分析处理。另外，作为保偏光纤拍长测试仪的一种应用，还可以将通过改变施加在被测光纤上压力的大小，记录拍长测试过程中的光功率的变化范围，进行外力对保偏光纤性能影响的分析研究。

附图说明

图1：本发明的结构原理图

图2：压力施加装置结构图

图3：一种光纤偏振态直接耦合调节装置结构图

图4：一种光纤偏振态直接耦合调节装置耦合座立体结构及光纤轴向限位指示装置结构图

图5：一种光纤偏振态直接耦合调节装置结构图

图6：一种光纤偏振态直接耦合调节装置结构图

图7：本发明控制电路连接框图

图8：本发明控制程序框图

图中：1.液晶触摸显示屏，2.压力施加装置，3.偏振态直接耦合调节装置，4.机壳，5.光源驱动模块，6.精密微位移控制装置底座，7.步进电机及其驱动器，8.信号处理分析控制系统，9.丝杠螺帽，10.探测器及光功率检测模块，11.上位机分析处理系统，12.光纤传输偏振态直接耦合调节装置13，14.光源驱动侧接口，15，16.步进电机驱动信号接口，17，20.光功率探测端与信号处理分析控制系统间接口，18，22.上位机接口，19，24.信号处理分析控制系统与触摸屏接口，21，23.光功率探测端，与偏振态直接耦合装置间接口，25.原点位置传感器，26.机械限位开关，27.压力施加装置基座，28.压力杠杆，29.杠杆支点，30.轴承活动座，31.轴承活动座转轴，32.轴承对，33.轴承固定座，34.压力源，35.传递压力调节块，36.光纤限位片，37.弹簧，38.压力施加装置基座39.被测光纤，40.耦合座，41夹持光纤压片支架，42.光纤夹持橡胶，43.夹持压力磁铁，44.回缩空间，45.陶瓷座，46.陶瓷头，47.固定螺帽，48.连接基座，49.陶瓷C型管座，50.光纤轴向定位空间，51.固定螺孔，52.旋转定位轴承，53.定位陶瓷C型管，54.定位陶瓷头，55.连接螺帽，56.活动接头，57.尾纤，58.旋转连接螺帽，59.耦合座，60.旋转钮，61.输出光纤或信号电线的空间，62.压力弹簧空间，65.光纤定位V型槽，67.限位指示装置，68、69.限位平面，70.光纤，71.限位指示片，72移动挡片，73、74.限位指示片的结构比例的倍数，75.活动连接头，76.偏振光输出定位陶瓷头，77.准直透镜，78.晶体起偏器，79.尾纤定位陶瓷头80.晶体检偏器，81.光探测器，82.信号放大，83.活动连接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明由精密微位移控制装置，压力施加装置，光路系统，光纤传输偏振态直接耦合调节装置，信号处理分析控制系统，液晶触摸屏显示系统，上位机分析处理系统组成。

精密位移控制装置由控制驱动电路，步进电机，精密丝杠及支架组成，如图1所示。光路系统由发光器件，驱动电路，被测光纤，探测器及光功率检测系统组成，其中被测光纤的耦合输入和输出通过光纤传输偏振态直接耦合调节装置，实现光的耦合。如图2所示。在光纤传输偏振态直接耦合调节装置中，包括V型槽磁压固定装置，耦合调节装置组成，其中耦合调节装置中包括光纤耦合定位检测机构，可拆卸的耦合定位机构及偏振态调节机构组成如图3所示。信号处理分析系统包括光功率信号接收接口，步进电机驱动信号，步进电机限位信号，位移原点信号，触摸屏信号发送接收接口，上位机接口等组成。液晶触摸屏采用商品化产品。上位机分析处理系统包括，数据接收保存处理、显示，和测试结果分析软件组成。

精密微位移控制装置由步进电机及驱动电路7，精密丝杠及螺帽9和支架及其底座6组成，其由信号处理分析控制系统8通过电线接口15、16与步进电机及驱动电路连接，精密丝杠及螺帽9上通过螺钉固定连接有压力施加装置2；

信号处理分析控制系统8，采用单片机控制；它通过电线接口15、16与步进电机及驱动电路7连接；在丝杠螺帽9的运动极限位置之间，安装有机械限位开关26，在安装机械限位开关的一侧安装位置传感器25，信号处理分析控制系统8，通过电线接口19、24与液晶触摸屏连接，通过电线接口17、20与探测器及光功率检测模块10连接，通过电线接口18，22与上位计算机进行通信；液晶触摸屏显示系统用于人机交互平台；

光路系统，由光源模块5，起偏器件78，光纤传输偏振态直接耦合调节装置3，被测光纤39，光纤传输偏振态直接耦合调节装置12，检偏器件80，探测器及光功率检测模块10组成；其特点在于：

压力施加装置2，由压力基座38、轴承固定座33、活动座30、压力杠杆28、压力调节块35，压力源34或压力弹簧37、轴承对32以及光纤限位片36组成；压力基座与精密丝杠螺帽9通过螺钉连接在一起，轴承对32分别通过螺钉固定在轴承固定座33、活动座30上，轴承活动座30可以绕轴31转动，以分离轴承对32装卸被测光纤和传递压力杠杆28的力在被测光纤上；在轴承对32的一侧或两侧放置有光纤限位片36；压力施加装置2和光纤传输偏振态直接耦合调节装置3、12，由螺钉固定连接在精密位移控制装置的精密丝杠及螺帽9和支架的上方；

光纤传输偏振态直接耦合调节装置3，12由耦合座40、光纤夹持橡胶42、光纤定位陶瓷座46、安装于光纤轴向定位空间50的光纤轴向限位指示装置67及活动组合偏振态调节装置组成；在耦合座40上有光纤定位V型槽65，夹持光纤压片支架41，夹持压力磁铁43，通过螺纹固定裸光纤定位陶瓷头46的连接座45，以及容纳光纤直接耦合时伸出光纤的回缩空间44以及活动组合偏振态调节装置的输出光纤或信号电线的空间61；活动组合偏振态调节装置与耦合座40通过螺纹与连接螺帽58连接，活动组合偏振态调节装置通过旋转定位轴承52和连接螺帽58采用间隙配合限位；同时在空间62中可以放置弹簧，弹簧的一端与连接螺帽58接触，弹簧的另一端与定位轴承52的外圆接触。在耦合座40上开有一个容纳光纤轴向限位指示装置67的空间50和固定螺孔51；

光路系统中，光源可以采用DFB激光器，置于光源模块5中，光源模块5与光纤传输偏振态直接耦合调节装置3通过光纤跳线连接，在光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中，跳线活动接头的陶瓷定位头54通过定位陶瓷C型管53与裸光纤定位陶瓷头46对接，被测光纤光输入端通过裸光纤定位陶瓷头46与跳线活动接头的陶瓷定位头54中的光纤直接对接；被测光纤的另一端采用同样的方法与光纤传输偏振态直接耦合调节装置12连接；在采用光纤型检偏器件时，检偏器件可以置于探测器及光功率检测模块10中，光纤型检偏器与光探测器通过光纤活动接头连接；光纤传输偏振态直接耦合调节装置12与探测器及光功率检测模块10通过光纤跳线连接；此时被测光纤输出端与光纤传输偏振态直接耦合调节装置12的连接与被测光纤输入端相同；在采用块状晶体起偏器件时，光源模块5中的发光器件尾纤可以直接或通过光纤跳线与光纤传输偏振态直接耦合调节装置3连接；在光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中，发光器件或跳线的尾纤，通过定位陶瓷头79定位于准直透镜77的入射端；准直透镜77之间放置有晶体起偏器78，晶体起偏器78后准直透镜77的出射端定位于陶瓷头76中的光纤；此光纤与被测光纤通过定位陶瓷头对接耦合；在采用块状晶体检偏器件时，被测光纤通过裸光纤定位陶瓷头46定位，其后放置有晶体检偏器80，光探测器81，及其进行光信号前置处理的模块82。

在光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中的一种活动组合偏振态调节装置是由连接固定螺帽47，连接基座48，光纤定位陶瓷C型管座49，旋转定位轴承52，光纤定位陶瓷C型管53，光纤活动接头56的定位陶瓷头54，活动接头56的连接螺帽55，光纤活动接头56的尾纤57，以及旋转连接螺帽58，和旋转钮60组成；裸光纤定位陶瓷头46与活动接头56的定位陶瓷头通过位于定位陶瓷C型管座49中的定位陶瓷C型管53对接，两个定位陶瓷头可以在定位陶瓷C型管53的轴向方向相对直线位移，和以轴相对旋转；连接固定螺帽47通过螺纹与连接基座48，将陶瓷C型管座49，旋转定位轴承52，定位陶瓷C型管53，旋转钮60连接在一起，旋转连接螺帽58，通过螺纹与耦合座40连接，同时位于空间62中，在旋转定位轴承52的外圆和旋转连接螺帽58之间的弹簧处于压缩状态；活动接头56通过其螺帽55与连接基座48通过螺纹连接在一起；在采用块状晶体起偏器件时，一种活动组合偏振态调节装置中还包括偏振光输出定位陶瓷头76及内部的光纤，准直透镜77，晶体起偏器78，尾纤定位陶瓷头79；其通过活动连接头75与连接基座48连接在一起，在采用块状晶体检偏器件时，一种活动组合偏振态调节装置还包括晶体检偏器80后，光探测器81，及光电转换等电路82，其通过活动连接头83与连接基座48连接在一起。

压力调节块35上，有与压力杠杆28形状相适应的孔或与弹簧相连接的挂钩，压力调节块35还可以是磁性材料或永磁体与压力源34产生相互的磁力吸引。

压力源34可以是永磁体或电磁体，电磁体中有通电产生磁力的线圈和铁磁心。

所述的保偏光纤拍长测试仪的测试方法，其特点在于它包括下属步骤：

(1)系统开机后，进行系统自检合格后，安装被测光纤；

(2)调节偏振态直接耦合装置，使被测光纤的输入和输出端具有一定的偏振态；

(3)确定施加压力的方式，并调节压力施加装置由轴承对在被测光纤上施加一定压力；

(4)启动微位移装置使压力施加装置沿光纤轴向缓慢移动；

(5)液晶触摸屏及上位计算机显示光功率的变化及曲线，并根据其变化周期给出拍长参数；

(6)改变施加在光纤上的压力大小，记录光功率的变化范围，用于不同压力对保偏光纤性能影响的分析研究。

所述的保偏光纤拍长测试仪的应用：可以将所述的保偏光纤拍长测试仪用于光纤或保偏光纤在不同外力作用下的性能分析；

通过改变施加在被测光纤上压力的大小，记录拍长测试过程中，光功率的变化范围，进行外力对保偏光纤性能影响的分析研究；

可以通过给出一定压力下的拍长数值及其光功率的相对变化的大小，或一定拍长测量次数的光功率相对变化的平均值，或一定光功率相对变化数值下的压力大小，作为对保偏光纤性能评价的一个参数。

实施例

如图1所示，本发明由液晶触摸显示屏1、精密微位移控制装置3，6，7、压力施加装置2、光路系统、光纤传输偏振态直接耦合调节装置3，12、光源驱动模块5，信号处理分析控制系统8，探测器及光功率检测模块10、上位机分析处理系统11组成。

液晶触摸屏用于人机交互平台，输入控制参数和显示测量数据及测量结果，其通过接口24，16与信号处理分析控制系统8连接。压力施加装置2与精密位移控制装置中的丝杠螺帽9连接。随着丝杠螺帽左右移动，同时夹持在其中轴承对之间的光纤受到预定压力的作用，实现压力微绕的相对位移。根据程序的设定其运动的速度、范围等可更改。完整的光路从光源驱动模块5，由光纤跳线通过接口13，14和光纤传输偏振态直接耦合调节装置3连接。光源驱动模块5由驱动电路和发光器件组成。起偏装置位于光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中或光源驱动模块5中。在本实施例中选用了DFB激光器实现功率的线偏振光输出，其位于光源驱动模块5中。其结构简单性能可靠。使用传统的块状晶体材料时，可将其设置于光纤传输偏振态直接耦合调节装置3中实现。被测光纤通过类似于裸光纤适配器的连接方法与光纤传输偏振态直接耦合调节装置3及12连接。并将其夹持在压力施加装置中的轴承对之间。被测光纤连接于光纤传输偏振态直接耦合调节装置12，在光纤传输偏振态直接耦合调节装置12中，可以实现偏振态与其后的光纤或检测光路及电路的不同偏振态耦合调节。使用块状晶体时可以将探测器及光功率检测模块10与其进行一体化设计，通过接口23与21进行电信号的传输。在探测器及光功率检测模块10进行数字处理后通过数字接口19和20将数字信号传送至信号处理分析控制8进行进一步的处理。在本实施例中采用了光纤型检偏器，被测光纤的偏振态耦合通过光纤传输偏振态直接耦合调节装置12，直接调节耦合耦合光纤端面的径向相对角度实现。其后可以通过接口23、21由光纤跳线连接入探测器及光功率检测模块10。或直接由光纤型起偏器连接入探测器及光功率检测模块10，以实现完整的光路传输系统。信号处理分析控制系统8，还可以通过接口18，22与上位计算机进行通信，并通过上位机进行数据的进一步分析和处理。

精密微位移系统由信号处理分析控制系统8，步进电机及其驱动器7，精密丝杠及螺帽9，支架和底座6，机械限位开关26，原点位置传感器25，以及精密直线导轨组成。其由信号处理分析控制系统8通过接口15，16控制给出速度和运动方向及坐标原点信号。同时机械限位开关26，用于异常状态下的系统保护。

压力施加装置2由压力基座38、轴承固定座33、活动座30、压力杠杆28、压力调节块35，压力源34或压力弹簧37、轴承对32以及光纤限位片36组成。压力基座与精密丝杠螺帽9连接在一起。轴承对32分别固定在轴承固定座33、活动座30上。轴承活动座30可以绕轴31转动，以分离轴承对32装卸被测光纤和传递压力杠杆28的力在被测光纤上。压力调节块35可以是砝码通过调节其重量或与杠杆支点29的距离调节压力的大小。压力调节块35还可以是磁性材料或永磁体，通过与压力源34产生相互的磁力的大小或与杠杆支点29的距离调节压力的大小。压力源34可以是永磁体或电磁体，电磁体可以通过调节其通过电流的大小改变与压力调节块35之间的磁力的大小。当使用电磁力时，还可以通过一定的电流调制产生调制压力变化。通过解调，还可以进一步提高检测的灵敏度和精度。压力的大小还可以通过调节压力调节块35改变弹簧37长短实现。光纤限位片36可以在轴承对32的两侧同时放置。当装卸光纤打开轴承对时，其对光纤的装卸没有影响，在工作过程中将限制光纤位于轴承对之间的一定位置。

光纤偏振态直接耦合调节装置3，12由耦合座40、光纤夹持橡胶42光纤定位陶瓷座46、安装于光纤定位空间50的光纤轴向限位指示装置67及活动组合偏振态调节装置组成。

在耦合座40上有光纤定位V型槽65，夹持光纤压片支架41，夹持压力磁铁43，固定光纤定位陶瓷头46的陶瓷座45，以及容纳光纤直接耦合时伸出光纤的回缩空间44以及活动组合偏振态调节装置的输出光纤或信号电线的空间61。活动组合偏振态调节装置可以沿光纤定位陶瓷头的轴向直线移动和围绕该轴转动。其与耦合座40通过连接螺帽58连接。同时在空间62中可以放置弹簧，并通过旋转连接螺帽58来调节光纤定位陶瓷头与活动组合偏振态调节装置之间的作用力大小。由于弹簧作用于其中定位轴承52的外径上，所以力的大小对旋转调节偏振态的影响很小，调节灵活。

一种活动组合偏振态调节装置由连接固定螺帽47，连接基座48，光纤定位陶瓷C型管座49，旋转定位轴承52，光纤定位陶瓷C型管53，光纤活动接头56的定位陶瓷头54，活动接头56的连接螺帽55，光纤活动接头56的尾纤57，以及旋转连接螺帽58，和旋转钮60组成。该结构使裸光纤定位陶瓷头46与活动接头56的光纤定位陶瓷头通过光纤定位陶瓷C型管座49，连接在一起，并可以使两个定位陶瓷头在轴向方向相对直线位移，和以轴相对旋转，实现光纤偏振态在光纤端面之间进行偏振态直接耦合和调节。连接固定螺帽47与连接基座48将49，52，53，60连接在一起。旋转连接螺帽58，与耦合座40连接，同时位于空间62中的弹簧对旋转定位轴承52的外圆施加压力，并实现活动组合偏振态调节装置与耦合座40的连接。活动接头56通过其螺帽55与连接基座48连接。由于通过连接固定螺帽47和旋转连接螺帽58实现可拆卸的固定连接，方便更换活动连接的易损件。此外该结构方便更换不同规格的光纤所要求的不同规格的裸光纤定位陶瓷头46。

在采用块状晶体起偏器件时，一种活动组合偏振态调节装置中还包括偏振光输出定位陶瓷头76及内部的光纤，准直透镜77，晶体起偏器78，尾纤定位陶瓷头79。其通过活动连接头75与连接基座48连接在一起。在采用块状晶体检偏器件时，一种活动组合偏振态调节装置还包括晶体检偏器80后，光探测器81，及光电转换等电路82。其通过活动连接头83与连接基座48连接在一起。

在被测光纤连接进光路系统时，必须保证裸光纤伸出裸光纤定位陶瓷头一定长度。为检测这一伸出量，在耦合座40上开有一个容纳光纤轴向限位指示装置67的空间50和固定螺孔51。裸光纤伸出长度可以在轴向进行限位指示。其作用通过在裸光纤伸出定位陶瓷头以前，将活动组合偏振态调节装置通过旋转钮60后拉至光纤轴向限位指示装置67之外，将光纤轴向限位指示装置67转回到定位指示位置，然后将裸光纤伸出定位陶瓷头后与定位陶瓷指示片71接触时进行限位指示。限位指示片移动，表明裸光纤有一定量的伸出。之后将光纤轴向限位指示装置67转回到一定位置，使活动组合偏振态调节装置回到光耦合位置，实现光的耦合及进行偏振态的调节。为减少偏振调节时对光纤端面和陶瓷定位头端面的摩擦，可以将活动组合偏振态调节装置回退一定距离后再进行旋转调节。

光纤轴向限位指示装置67由限位基座67，限位平面68，69，限位指示片71，及限位指示片移动挡片72组成。其通过螺钉将其与耦合座40连接，并可以螺钉为轴转动。限位指示片71可以通过焊接或胶粘与限位基座67连接。当伸出光纤接触限位指示片后继续伸出的光纤将使限位指示片以限位平面68，69之间的端线弯曲。光纤伸出量也将以限位指示片的结构比例[73+74]/74的倍数在限位指示片的端部放大，以便观察。此外也可以通过光电等机构给出控制信号用于指示或自动控制。

所述的保偏光纤拍长测试仪的应用，除可以用于保偏光纤拍长测试外，还可以将通过改变施加在被测光纤上压力的大小，记录拍长测试过程中的光功率的变化范围，进行外力对保偏光纤性能影响的分析研究。不同的保偏光纤在同一大小的外力作用下，或同一保偏光纤在不同大小的外力作用下，其对保偏光纤的保偏性能的影响都将表现出不同特性。

为此，可以通过给出一定压力下的拍长数值及其光功率的相对变化的大小，或一定拍长测量次数的光功率相对变化的平均值，或一定光功率相对变化数值下的压力大小，作为对保偏光纤性能评价的一个参数。为方便将拍长测试仪用于保偏光纤性能分析方面的应用，可以在使用电磁铁施加压力时，通过自动调节电磁铁的电流改变对光纤施加压力的大小，并以此电流的大小表征对光纤施加压力的大小，以作为对保偏光纤性能评价的一个参数。在给出拍长参数的同时也给出电磁铁的电流的大小或相应的施加压力的大小。

Claims (8)

1.一种保偏光纤拍长测试仪，它是由精密微位移控制装置、信号处理分析控制系统、液晶触摸屏显示系统、上位机分析处理系统、光纤传输偏振态直接耦合调节装置、压力施加装置、光路系统组成；

精密微位移控制装置由步进电机及驱动电路(7)，精密丝杠及螺帽(9)和支架及其底座(6)组成，其由信号处理分析控制系统(8)通过电线接口(15，16)与步进电机及驱动电路连接，精密丝杠及螺帽(9)上通过螺钉固定连接有压力施加装置(2)；

信号处理分析控制系统(8)，采用单片机控制；它通过电线接(15，16)与步进电机及驱动电路(7)连接；在丝杠螺帽(9)的运动极限位置之间，安装有机械限位开关(26)，在安装机械限位开关的一侧安装位置传感器(25)，信号处理分析控制系统(8)，通过电线接口(19，24)与液晶触摸屏连接，通过电线接口(17，20)与探测器及光功率检测模块(10)连接，通过电线接(18，22)与上位计算机进行通信；液晶触摸屏显示系统用于人机交互平台；

光路系统，由光源模块(5)，起偏器件(78)，光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3)，被测光纤(39)，光纤传输偏振态直接耦合调节装置(12)，检偏器件(80)，探测器及光功率检测模块(10)组成；其特征在于：

压力施加装置(2)，由压力基座(38)、轴承固定座(33)、活动座(30)、压力杠杆(28)、压力调节块(35)，压力源(34)或压力弹簧(37)、轴承对(32)以及光纤限位片(36)组成；压力基座与精密丝杠螺帽(9)通过螺钉连接在一起，轴承对(32)分别通过螺钉固定在轴承固定座(33)、活动座(30)上，轴承活动座(30)可以绕轴(31)转动，以分离轴承对(32)装卸被测光纤和传递压力杠杆(28)的力在被测光纤上；在轴承对(32)的一侧或两侧放置有光纤限位片(36)；压力施加装置(2)和光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3、12)，由螺钉固定连接在精密位移控制装置的精密丝杠及螺帽(9)和支架的上方；

光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3，12)由耦合座(40)、光纤夹持橡胶(42)、光纤定位陶瓷座(46)、安装于光纤轴向定位空间(50)的光纤轴向限位指示装置(67)及活动组合偏振态调节装置组成；在耦合座(40)上有光纤定位V型槽(65)，夹持光纤压片支架(41)，夹持压力磁铁(43)，通过螺纹固定裸光纤定位陶瓷头(46)的连接座(45)，以及容纳光纤直接耦合时伸出光纤的回缩空间(44)以及活动组合偏振态调节装置的输出光纤或信号电线的空间(61)；活动组合偏振态调节装置与耦合座(40)通过螺纹与连接螺帽(58)连接，活动组合偏振态调节装置通过旋转定位轴承(52)和连接螺帽(58)采用间隙配合限位；同时在空间(62)中可以放置弹簧，弹簧的一端与连接螺帽(58)接触，弹簧的另一端与定位轴承(52)的外圆接触。在耦合座(40)上开有一个容纳光纤轴向限位指示装置(67)的空间(50)和固定螺孔(51)；

光路系统中，光源可以采用DFB激光器，置于光源模块(5)中，光源模块(5)与光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3)通过光纤跳线连接，在光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3)中，跳线活动接头的陶瓷定位头(54)通过定位陶瓷C型管(53)与裸光纤定位陶瓷头(46)对接，被测光纤光输入端通过裸光纤定位陶瓷头(46)与跳线活动接头的陶瓷定位头(54)中的光纤直接对接；被测光纤的另一端采用同样的方法与光纤传输偏振态直接耦合调节装置(12)连接；在采用光纤型检偏器件时，检偏器件可以置于探测器及光功率检测模块(10)中，光纤型检偏器与光探测器通过光纤活动接头连接；光纤传输偏振态直接耦合调节装置(12)与探测器及光功率检测模块(10)通过光纤跳线连接；此时被测光纤输出端与光纤传输偏振态直接耦合调节装置(12)的连接与被测光纤输入端相同；在采用块状晶体起偏器件时，光源模块(5)中的发光器件尾纤可以直接或通过光纤跳线与光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3)连接；在光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3)中，发光器件或跳线的尾纤，通过定位陶瓷头(79)定位于准直透镜(77)的入射端；准直透镜(77)之间放置有晶体起偏器(78)，晶体起偏器(78)后准直透镜(77)的出射端定位于陶瓷头(76)中的光纤；此光纤与被测光纤通过定位陶瓷头对接耦合；在采用块状晶体检偏器件时，被测光纤通过裸光纤定位陶瓷头(46)定位，其后放置有晶体检偏器(80)，光探测器(81)，及其进行光信号前置处理的模块(82)。

2.根据权利要求1所述的保偏光纤拍长测试仪，其特征在于：在光纤传输偏振态直接耦合调节装置(3、12)中的一种活动组合偏振态调节装置是由连接固定螺帽(47)，连接基座(48)，光纤定位陶瓷C型管座(49)，旋转定位轴承(52)，光纤定位陶瓷C型管(53)，光纤活动接头(56)的定位陶瓷头(54)，活动接头(56)的连接螺帽(55)，光纤活动接头(56)的尾纤(57)，以及旋转连接螺帽(58)，和旋转钮(60)组成；裸光纤定位陶瓷头(46)与活动接头(56)的定位陶瓷头通过位于定位陶瓷C型管座(49)中的定位陶瓷C型管(53)对接，两个定位陶瓷头可以在定位陶瓷C型管(53)的轴向方向相对直线位移，和以轴相对旋转；连接固定螺帽(47)通过螺纹与连接基座(48)，将陶瓷C型管座(49)，旋转定位轴承(52)，定位陶瓷C型管(53)，旋转钮(60)连接在一起，旋转连接螺帽(58)，通过螺纹与耦合座(40)连接，同时位于空间(62)中，在旋转定位轴承(52)的外圆和旋转连接螺帽(58)之间的弹簧处于压缩状态；活动接头(56)通过其螺帽(55)与连接基座(48)通过螺纹连接在一起；在采用块状晶体起偏器件时，一种活动组合偏振态调节装置中还包括偏振光输出定位陶瓷头(76)及内部的光纤，准直透镜(77)，晶体起偏器(78)，尾纤定位陶瓷头(79)；其通过活动连接头(75)与连接基座(48)连接在一起，在采用块状晶体检偏器件时，一种活动组合偏振态调节装置还包括晶体检偏器(80)后，光探测器(81)，及光电转换等电路(82)，其通过活动连接头(83)与连接基座(48)连接在一起。

3.根据权利要求1所述的保偏光纤拍长测试仪，其特征在于：压力施加装置的压力调节块(35)上，有与压力杠杆(28)形状相适应的孔或与弹簧相连接的挂钩，压力调节块(35)还可以是磁性材料或永磁体与压力源(34)产生相互的磁力吸引。

4.根据权利要求3所述的保偏光纤拍长测试仪，其特征在于：压力施加装置的压力源(34)可以是永磁体或电磁体，电磁体中有通电产生磁力的线圈和铁磁心。

5.根据权利要求1所述的保偏光纤拍长测试仪的测试方法，其特征在于它包括下属步骤：

(1)系统开机后，进行系统自检合格后，安装被测光纤；

(2)调节偏振态直接耦合装置，使被测光纤的输入和输出端具有一定的偏振态；

(3)确定施加压力的方式，并调节压力施加装置由轴承对在被测光纤上施加一定压力；

(4)启动微位移装置使压力施加装置沿光纤轴向缓慢移动；

(5)液晶触摸屏及上位计算机显示光功率的变化及曲线，并根据其变化周期给出拍长参数；

(6)改变施加在光纤上的压力大小，记录光功率的变化范围，用于不同压力对保偏光纤性能影响的分析研究。

6.根据权利要求1所述的保偏光纤拍长测试仪的应用，其特征在于：还可以将所述的保偏光纤拍长测试仪用于光纤或保偏光纤在不同外力作用下的性能分析。

7.根据权利要求6所述的保偏光纤拍长测试仪的应用，其特征在于：通过改变施加在被测光纤上压力的大小，记录拍长测试过程中，光功率的变化范围，进行外力对保偏光纤性能影响的分析研究。

8.根据权利要求7所述的保偏光纤拍长测试仪的应用，其特征在于：可以通过给出一定压力下的拍长数值及其光功率的相对变化的大小，或一定拍长测量次数的光功率相对变化的平均值，或一定光功率相对变化数值下的压力大小，作为对保偏光纤性能评价的一个参数。

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