CN211262664U - 一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置。装置中电光调制器将第一微波信号调制到光线上形成光载微波信号，光载微波信号经待测高双折射保偏光纤后形成两路光程差不同的光载微波信号，两路光程差不同的光载微波信号经光电探测器后输入至混频器的射频输入端，混频器将两路光程差不同的光载微波信号与第二微波信号混频后的中频信号经低通滤波器后的直流信号输入至数据采集电路，数据采集电路将直流信号不同幅值处的频率输入至计算机进行计算。本实用新型实现了高双折射保偏光纤的模式双折射精确测量的目的。

Description

一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置

技术领域

本实用新型涉及光纤测量技术领域，特别是涉及一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置。

背景技术

高双折射保偏光纤在光纤陀螺、光纤电流互感器和保偏光器件等领域有广泛的应用。在这些应用中，保偏光纤的保偏性能是决定其应用的关键，一般用模式双折射或拍长来衡量保偏光纤的保偏性能，其中，高双折射保偏光纤的模式双折射等于保偏光纤两偏振本征轴折射率差的大小。

已有技术中高双折射保偏光纤模式双折射的测量主要有扭转法、瑞利散射法、压力法、棱镜耦合法、电光或磁光调制法、偏振模色散法、光偏振法、波长扫描法、剪断法、光频域反射计等方法。上述方法都是基于光学原理来测量高双折射保偏光纤模式双折射，不同的光学原理测量方法都会出现精度的偏差而且会受到测量工具及环境的影响。因此，本领域技术人员亟需提供一种测量装置以改变基于光学原理的测量装置进而提高测量精度的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置，以实现高双折射保偏光纤的模式双折射精确测量的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置。所述测量装置包括宽谱光源、在光的传播方向上依次设置的起偏器、电光调制器、待测高双折射保偏光纤、检偏器、光电探测器、混频器、数据采集电路和计算机；以及扫频信号源、与所述扫频信号源连接的微波功分器，与所述微波功分器的第二输出端连接的微波移相器，所述微波移相器的输出端连接所述混频器的本振输入端，将所述第二微波信号输入所述混频器；

所述微波功分器的第一输出端与所述电光调制器的射频输入端连接，所述电光调制器将所述微波功分器输出的第一微波信号调制到光线上形成光载微波信号，所述光载微波信号经所述待测高双折射保偏光纤后形成两路光程差不同的光载微波信号，所述两路光程差不同的光载微波信号经所述光电探测器后输入至所述混频器的射频输入端，所述混频器将所述两路光程差不同的光载微波信号与所述第二微波信号混频后的中频信号经低通滤波器后的直流信号输入至所述数据采集电路，所述数据采集电路将所述直流信号不同幅值处的频率输入至所述计算机。

可选的，所述电光调制器的输出端为保偏光纤且与所述待测高双折射保偏光纤采用45°熔接方式连接。

可选的，所述待测高双折射保偏光纤的两个偏振本振轴与所述检偏器成45°夹角。

可选的，所述光电探测器与所述混频器之间还设置有低噪放大器。

可选的，所述测量装置还包括电光调制器控制电路，所述电光调制器控制电路与所述电光调制器连接。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型公开的高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置是将待测高双折射保偏光纤放置在测量装置内，使其能够产生两路光程差不同的光载微波信号。根据数据采集电路测量得到的直流信号的两个相邻的波谷的频率值和待测保偏光纤的长度就可以得到待测保偏光纤的模式双折射。测量结果与混频器两输入信号的幅值无关，解决了混频器混频测量时输入信号波动对测量结果影响较大的这一难题。

另外，本实用新型对长距离保偏光纤的模式双折射的测量更准确，解决了目前传统光学测量方法只能测量短保偏光纤模式双折射的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

本实施例提供的高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置包括宽谱光源101、在光的传播方向上依次设置的起偏器102、电光调制器103、待测高双折射保偏光纤104、检偏器105、光电探测器106、混频器202、数据采集电路204和计算机205；以及扫频信号源108、与所述扫频信号源108连接的微波功分器109，与所述微波功分器109的第二输出端连接的微波移相器201，所述微波移相器201的输出端连接所述混频器202的本振输入端，将所述第二微波信号输入所述混频器202；

所述微波功分器109的第一输出端与所述电光调制器103的射频输入端连接，所述电光调制器103将所述微波功分器109输出的第一微波信号调制到光载波上形成光载微波信号，所述光载微波信号经所述待测高双折射保偏光纤104后形成两路光程差不同的光载微波信号，所述两路光程差不同的光载微波信号经所述光电探测器106后输入至所述混频器202的射频输入端，所述混频器202将所述两路光程差不同的光载微波信号与所述第二微波信号混频后的中频信号经低通滤波器后的直流信号输入至所述数据采集电路204，所述数据采集电路204将所述直流信号不同幅值处的频率输入至所述计算机205进行计算。

具体的，所述扫频信号源108在进行每次频率调节时，发送触发信号给数据采集电路204以触发数据采集电路进行直流信号采集，同时将扫描时的频率值传输至所述计算机205中。包含光程差信息的直流信号传输至所述计算机205中。所述计算机205根据数据采集电路得到的相邻两最小直流信号所对应的微波信号源输出微波信号的频率值和待测保偏光纤的长度得到待测高双折射保偏光纤的模式双折射。

为了提高测量精度，避免信号干扰，在实际应用中，本实施例在所述光电探测器106与所述混频器202之间还设置有低噪放大器107，在所述混频器202与所述数据采集电路204之间还设置有低通滤波器203。

为了便于控制，所述测量装置还包括电光调制器控制电路206，所述电光调制器控制电路206与所述电光调制器103连接。

具体的，本实施例的信号传播过程及工作原理如下：

宽谱光源101经过起偏器102后变为线偏振光，该线偏振光进入电光调制器103中。扫频信号源108输出的微波信号通过微波功分器109功分成两路，一路输出的第一微波信号输入至电光调制器103中，另一路输出的第二微波信号作为混频器202的本振信号。电光调制器103将加载到其射频输入端的第一微波信号调制到线偏振光的光域上输出光载微波信号。该光载微波信号进入待测高双折射保偏光纤104中，电光调制器的输出端的保偏光纤与待测高双折射保偏光纤104进行45°熔接，此时在待测高双折射保偏光纤104的两个偏振本振轴上有两路光载微波信号传播，且两路光载微波信号的振动方向相互垂直，两路光载微波信号经过一个与待测高双折射保偏光纤104的两偏振本振轴成45°夹角的检偏器105检偏后，实现两路光载微波信号的振动方向对齐。由于待测高双折射保偏光纤104的模式双折射的存在，导致两路光载微波信号在待测高双折射保偏光纤104的输出端的光程差不同；由于光源的相干长度很短，当待测高双折射保偏光纤104较长时，两路光经过检偏器105检偏后将不会发生干涉。检偏器105输出的两路光载微波信号进入光电探测器106上，该光电探测器将光载微波信号转换成微波信号，该微波信号通过低噪放大器107放大后经进入混频器202的射频输入端口，微波功分器109的另一路输出的第二微波信号经过微波移相器201后加载到混频器202的本振输入端，两信号混频后输出的中频信号经过低通滤波器203后变为直流信号并进入数据采集电路204，数据采集电路测量输出直流信号不同幅值处的频率值并将频率测量结果传送给计算机，计算机根据设定公式计算出待测高双折射保偏光纤的模式双折射。

本实施例根据所述任意相邻两波谷或波峰对应的频率值，利用公式

计算高双折射保偏光纤的模式双折射；其中，f₁和f₂为任意相邻两波谷或波峰对应的频率值，L为待测保偏光纤的长度，c为光速。

上述测量公式

的推导过程如下：

扫频信号源输出的微波信号可表示为：

V_out(t)＝Vcos2πf_mt (1)

其中V为微波信号的幅度，f_m为微波信号的频率。该微波信号通过电光调制器加载到光上，该微波信号对电光调制器内传输的光的相位产生的变化为：

其中V_π为电光调制器的半波电压，V_DC为电光调制器的直流偏置电压。宽谱光源的激光器输出的光经电光调制器调制后，输出光强可表示为：

电光调制器的输出端与待测高双折射保偏光纤进行45°熔接，则该输出光信号经过该熔点后分为两路光在待测高双折射保偏光纤中传输，在待测高双折射保偏光纤的输出端，两路信号可分别表示为：

上式中ξ为光路的损耗，I₀为宽谱光源输出的光强，Δφ为光载微波信号经过待测高双折射保偏光纤后，由于待测高双折射保偏光纤的模式双折射的原因而使两路信号存在的相位差，该相位差表示为：

Δφ＝2πf_mBL/c (6)

上式中c为光速，B为待测保偏光纤的模式双折射，L为待测保偏光纤的长度。则高速光电探测输出的光电流经负载后转化成的电压可表示为：

上式中A₁为由光强变成输出电压的转换系数。扫频微波信号源功分的第二微波信号作为本振信号进入一微波移相器，调节该微波移相器使得该本振信号为：

V_LO＝A₂cos(2πf_m) (8)

上式中A₂为本振信号的幅度。经过待测高双折射保偏光纤后的射频信号与本振信号通过混频器进行混频，混频器的输出可表示为：

由上式可以看到在测量时，改变信号源的频率，混频器的输出会出现随频率变化的周期性的电压信号，该周期性信号相邻两最低点之间的频率间隔为一个周期，假设两相邻最低点或最高点频率分别为f₁和f₂，则待测保偏光纤的模式双折射可表示为：

由上式可知，根据数据采集电路测量得到的直流信号的两个相邻波谷的频率值和待测保偏光纤的长度就可以得到待测保偏光纤的模式双折射。可以看到，测量结果与混频器两输入信号的幅值无关，解决了混频器混频测量时输入信号波动对测量结果影响较大的这一难题。

测量精度举例，一般熊猫保偏光纤的模式双折射为0.00054，如果待测保偏光纤长度为100m，则对应的混频器输出的中频信号相邻两波峰或波谷之间的频率间隔为5.6GHz，一般的扫频信号源和频谱一都能实现该指标。但如果待测光纤长度为10米，则混频器输出的中频信号相邻两波峰或波谷之间的频率间隔为56GHz，这对混频器中频输出的带宽要求很高。所以本实用新型对长距离保偏光纤的模式双折射的测量更合适，这也解决了目前传统光学测量方法只能测量短保偏光纤模式双折射的问题。

本高双折射保偏光纤模式双折射测量方法实际可以是：

上电后，电光调制器控制电路控制电光调制器工作在线性工作点。

数据采集电路测量低通滤波器的直流信号，选择数据采集电路得到的波形数据中任意相邻两波谷对应的频率值。根据式(10)就可得到待测保偏光纤的模式双折射。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (3)

1.一种高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置，待测高双折射保偏光纤设于该测量装置上，其特征在于，所述测量装置包括宽谱光源、在光的传播方向上依次设置的起偏器、电光调制器、检偏器、光电探测器、混频器、数据采集电路和计算机；以及扫频信号源、与所述扫频信号源连接的微波功分器，与所述微波功分器的第二输出端连接的微波移相器，所述微波移相器的输出端连接所述混频器的本振输入端，将第二微波信号输入所述混频器；

所述微波功分器的第一输出端与所述电光调制器的射频输入端连接，所述电光调制器将所述微波功分器输出的第一微波信号调制到光线上形成光载微波信号，所述光载微波信号经所述待测高双折射保偏光纤后形成两路光程差不同的光载微波信号，所述两路光程差不同的光载微波信号经所述光电探测器后输入至所述混频器的射频输入端，所述混频器将所述两路光程差不同的光载微波信号与所述第二微波信号混频后的中频信号经低通滤波器后的直流信号输入至所述数据采集电路，所述数据采集电路将所述直流信号不同幅值处的频率输入至所述计算机；

所述电光调制器的输出端为保偏光纤且与所述待测高双折射保偏光纤采用45°熔接方式连接；

所述待测高双折射保偏光纤的两个偏振本振轴与所述检偏器成45°夹角。

2.根据权利要求1所述高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置，其特征在于，所述光电探测器与所述混频器之间还设置有低噪放大器。

3.根据权利要求1所述高双折射保偏光纤的模式双折射的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括电光调制器控制电路，所述电光调制器控制电路与所述电光调制器连接。

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