CN211626505U - 快速准确偏振对准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种快速准确偏振对准装置，其包括光源、耦合台和消光比测试仪：光源的输出端与Y波导的输入端连接；耦合台上设置有耦合部，Y波导的第一输出端或第二输出端固定于耦合部的第一端，耦合部的第二端上设置有刻度值；光纤环的第一端连接于耦合部的第二端时，消光比测试仪的输入端与光纤环的第二端相连，以测量光纤环的第二端输出光束的消光比与光纤环的第一端所对应刻度值的关系；光纤环的第二端连接于耦合部的第二端时，消光比测试仪的输入端与光纤环的第一端相连，以测量光纤环的第一端输出光束的消光比与光纤环的第二端所对应刻度值的关系。以上方案，能够高效率、高准确性地实现Y波导与光纤环的偏振对准，且无需昂贵设备即可实现。

Description

快速准确偏振对准装置

技术领域

本实用新型涉及电子器件技术领域，具体涉及一种快速准确偏振对准装置。

背景技术

光纤陀螺是一种基于萨格纳克效应的惯性导航光纤传感器，其应用领域不断扩展，技术不断成熟和进步，产品可靠性也逐步提升。当前，光纤陀螺主要是向高精度、高可靠性的方向发展。

参考图1，在光纤陀螺系统中的光纤敏感环包括Y波导101和光纤环102，需要将Y波导101与光纤环102熔接连接。目前主要采用保偏光纤熔接机熔接的方式进行连接。依靠保偏光纤熔接机熔接Y波导器件输出端与光纤环制成的敏感环模块，会在熔接过程中，引入熔接损耗降低光纤陀螺系统性能；熔接过程中，处理光纤造成光纤压伤，导致熔接后光纤拉力降低，造成光纤陀螺可靠性风险；保偏熔接机应用光纤侧成像法，通过找光纤几何轴向进行熔接，但是光纤几何轴与光纤的光学偏振轴往往存在偏差，熔接后造成光纤的偏振保持性能降低；光纤熔接后，熔点处需要补涂保护胶，会造成与光纤原涂覆层应力不匹配，造成光学偏振轴向偏转的现象；以及熔接时会消耗一部分光纤，影响光纤环的对称性。这些问题制约着光纤陀螺向高精度，高可靠方向的发展。

为了解决上述问题，进一步提高光纤陀螺系统性能，通常采用光纤环的两端光纤与Y波导直接耦合的方式。具体可以参考：中国专利申请号为201410602250.2，名称为：保偏光纤环和Y波导直接耦合偏振轴对准在线检测装置及其在线测量方法。应用该专利的敏感环模块虽然光纤对准方式效率高，但是由于敏感环模块还是通过确定光纤几何轴向进行耦合，可能还会存在光纤应力区几何偏振轴向与光纤光学偏振轴向偏差，因此影响对轴准确性；另外一种方式是通过OCDP(白光干涉仪)直接测试耦合点的偏振串扰来判断芯片的偏振轴是否与光纤偏振轴对准，该方法虽然设备简单，测试准确性和测量精度高，但是OCDP的测试时间较长(光程扫描时间)，设备也很昂贵，不利于敏感环模块的大批量生产。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，现有技术中的光纤陀螺中Y波导与光纤环耦合时存在的偏振对准效率低、准确性、成本高的问题，进而提供一种快速准确偏振对准装置及方法。

为此，本实用新型提供一种快速准确偏振对准装置，用于实现Y波导与光纤环的偏振对准，包括光源、耦合台和消光比测试仪：

所述光源的输出端与所述Y波导的输入端连接；所述耦合台上设置有耦合部，所述Y波导的第一输出端或第二输出端固定于所述耦合部的第一端，所述耦合部的第二端上设置有刻度值；

所述光纤环的第一端连接于所述耦合部的第二端时，所述消光比测试仪的输入端与所述光纤环的第二端相连，以测量所述光纤环的第二端输出光束的消光比与所述光纤环的第一端所对应刻度值的关系；所述光纤环的第二端连接于所述耦合部的第二端时，所述消光比测试仪的输入端与所述光纤环的第一端相连，以测量所述光纤环的第一端输出光束的消光比与所述光纤环的第二端所对应刻度值的关系。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述光纤环的第一端的端头设置有第一尾纤头，所述光纤环的第一端通过所述第一尾纤头与所述耦合部的第二端或所述消光比测试仪的输入端连接。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述光纤环的第二端的端头设置有第二尾纤头；所述光纤环的第二端通过所述第二尾纤头与所述耦合部的第二端或所述消光比测试仪的输入端连接。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述光源包括低偏光源。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述光源还包括耦合器和第一光功率计；

所述低偏光源的输出端与所述耦合器的第一端连接，所述耦合器的输出端作为所述光源的输出端与所述Y波导的输入端连接；

所述第一光功率计与所述耦合器的第二端连接，以测量所述低偏光源发出光束的光功率值。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述装置还包括第二光功率计：

所述第一尾纤头连接于所述耦合部的第二端时，所述第二光功率计的输入端与所述第二尾纤头相连，以测量所述第二尾纤头输出光束的功率值；所述第二尾纤头连接于所述耦合部的第二端时，所述第二光功率计的输入端与所述第一尾纤头相连，以测量所述第一尾纤头输出光束的功率值。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述耦合台上设置有两个耦合部，两个所述耦合部之间的位置关系与所述Y波导的第一输出端和第二输出端之间的位置关系相适配。

可选地，上述的快速准确偏振对准装置中，所述Y波导为具有起偏性能的高偏Y波导芯片。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：

本实用新型提供的快速准确偏振对准装置，能够在Y波导与光纤环一端连接时，以光纤环另一端作为输出，通过测量输出光束的消光比能够判断Y波导与光纤环一端是否实现偏振对准。从而能够高效率、高准确性地实现Y波导与光纤环的偏振对准，且无需昂贵设备即可实现。

附图说明

图1为光纤陀螺中Y波导与光纤环耦合关系示意图；

图2a和2b所示为本实用新型一个实施例所述快速准确偏振对准装置的结构示意图；

图3所示为本实用新型另一个实施例所述快速准确偏振对准装置的结构示意图；

图4所示为本实用新型一个实施例所述消光比测试仪测量结果与最佳角度之间的对应关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本实用新型实施例。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供的以下实施例中的各个技术方案，除非彼此之间相互矛盾，否则不同技术方案之间可以相互组合，不同方案中的技术特征可以相互替换。

实施例1

本实施例提供一种快速准确偏振对准装置，用于实现Y波导203与光纤环204的偏振对准，如图2a和2b所示，包括光源201、耦合台(未示出)和消光比测试仪202。所述光源201的输出端与所述Y波导203的输入端1连接；所述耦合台上设置有耦合部，所述Y波导的第一输出端或第二输出端固定于所述耦合部的第一端，所述耦合部的第二端上设置有刻度值，所述耦合部的第二端可以具有圆形的边缘，则在所述圆形边缘上设置多个刻度值，刻度值可以从零度标识到360度。所述光纤环的第一端2连接于所述耦合部的第二端时，所述消光比测试仪202的输入端与所述光纤环的第二端3相连，以测量所述光纤环的第二端输出光束的消光比与所述光纤环的第一端2所对应刻度值的关系；所述光纤环204的第二端3连接于所述耦合部的第二端时，所述消光比测试仪的输入端与所述光纤环的第一端2相连，以测量所述光纤环的第一端2输出光束的消光比与所述光纤环的第二端3所对应刻度值的关系。

以上方案能够在Y波导203与光纤环204一端连接时，以光纤环204的另一端作为输出，通过测量输出光束的消光比能够判断Y波导203与光纤环204一端是否实现偏振对准。从而能够高效率、高准确性地实现Y波导203与光纤环204的偏振对准，且无需昂贵设备即可实现。

以上方案中，所述光纤环的第一端2的端头设置有第一尾纤头，所述光纤环的第二端3的端头设置有第二尾纤头；所述光纤环的第一端2通过所述第一尾纤头与所述耦合部的第二端或所述消光比测试仪202的输入端连接；所述光纤环的第二端3通过所述第二尾纤头与所述耦合部的第二端或所述消光比测试仪202的输入端连接。尾纤头可通过定轴、研磨的方式制作得到。

进一步地，参考图3，所述光源包括低偏光源205，还包括耦合器206和第一光功率计207；所述低偏光源205的输出端与所述耦合器206的第一端连接，所述耦合器206的输出端作为所述光源的输出端与所述Y波导203的输入端连接；所述第一光功率计207与所述耦合器206的第二端连接，以测量所述低偏光源205发出光束的光功率值；所述装置还包括第二光功率计208，所述第一尾纤头连接于所述耦合部的第二端时，所述第二光功率计208的输入端与所述第二尾纤头相连，以测量所述第二尾纤头输出光束的功率值；所述第二尾纤头连接于所述耦合部的第二端时，所述第二光功率计208的输入端与所述第一尾纤头相连，以测量所述第一尾纤头输出光束的功率值。相应地，可参考图2a与图2b之间的关系对图3所示的连接关系进行调整，以测量光纤环另一端的功率值。

以上方案中，通过低偏光源205进行有源对准，经过Y波导203(高偏芯片，能够对低偏光源输出的光束进行起偏)直接耦合进光纤环后进行光纤对轴，有利于提高光学偏振轴向准确性，设备更符合光纤陀螺系统，对轴效率高。

以上方案中，所述耦合台上的耦合部可以设置为两个，如此两个所述耦合部之间的位置关系与所述Y波导的第一输出端和第二输出端之间的位置关系相适配。从而实现将Y波导至于耦合台上时，Y波导的两个输出端能够分别与两个耦合部连接，进一步简化本装置的结构，便于操作。

实施例2

本实施例提供一种快速准确偏振对准方法，通过实施例1任一方案所述的快速准确偏振对准装置实现，包括如下步骤：

步骤一：将Y波导的输入端与所述装置中的光源的输出端连接；

步骤二：参考图2a，将所述Y波导的第一输出端与耦合台上的耦合部的第一端连接；将光纤环的第一端与所述耦合部的第二端连接，所述光纤环的第二端与消光比测试仪的输入端连接；调整所述光纤环的第一端与所述耦合部之间的对准角度，实时记录所述光纤环的第一端所对应的所述耦合部的第二端上的刻度值，同时记录所述消光比测试仪测量的所述光纤环的第二端输出光束的消光比；根据所述光纤环的第二端输出光束的消光比与所述光纤环的第一端所对应刻度值的关系确定所述光纤环的第一端与所述耦合部对接的第一最佳对准角度；

步骤三：参考图2b，将所述Y波导的第二输出端与所述耦合台上的所述耦合部的第一端连接；所述光纤环的第二端与所述耦合部的第二端连接，所述光纤环的第一端与所述消光比测试仪的输入端连接；调整所述光纤环的第二端与所述耦合部之间的对准角度，实时记录所述光纤环的第一端所对应的所述耦合部的第二端上的刻度值，同时记录所述消光比测试仪测量的所述光纤环的第一端输出光束的消光比；根据所述光纤环的第一端输出光束的消光比与所述光纤环的第二端所对应刻度值的关系确定所述光纤环的第二端与所述耦合部对接的第二最佳对准角度；

步骤四：所述Y波导的第一输出端与所述光纤环的第一端以所述第一最佳角度对接后耦合；所述Y波导的第二输出端与所述光纤环的第二端以所述第二最佳角度对接后耦合。

以上方案中，能够在Y波导与光纤环一端连接时，以光纤环另一端作为输出，通过测量输出光束的消光比能够判断Y波导与光纤环一端是否实现偏振对准。从而能够高效率、高准确性地实现Y波导与光纤环的偏振对准，且无需昂贵设备即可实现。

进一步地，通过如下方式确定所述第一最佳角度：调整所述光纤环的第一端与所述耦合部之间的对准角度的过程中，获得所述消光比测试仪测量的消光比产生变化的第一时刻和第二时刻；获得所述第一时刻所述光纤环的第一端所对应的第一刻度值，获得所述第二时刻所述光纤环的第一端所对应的第二刻度值；以所述第一刻度值和所述第二刻度值的平均值作为所述第一最佳角度；通过如下方式确定所述第二最佳角度：调整所述光纤环的第二端与所述耦合部之间的对准角度的过程中，获得所述消光比测试仪测量的消光比产生变化的第三时刻和第四时刻；获得所述第三时刻所述光纤环的第二端所对应的第三刻度值，获得所述第四时刻所述光纤环的第二端所对应的第四刻度值；以所述第三刻度值和所述第四刻度值的平均值作为所述第二最佳角度。

参考图4，将光纤环的一端与耦合部连接后，首先调整光纤环一端的偏振轴，由于光纤环退偏导致光纤环另一端输出的光束的消光比在一定刻度值范围为固定值，通过旋转的方式调节光纤环一端的与耦合部第二端之间的对接角度刻度值，消光比出现变化时对应的两个刻度值，分别为：θ′、θ″，则θ＝(θ′+θ″)/2即为最佳角度，记录θ；通过这一方法找出光纤光两端的最佳角度，执行耦合操作，可以理解，具体耦合操作的方法可参考现有技术的方案，如点胶曝光的具体操作步骤等。

另外，以上方案中还可以包括如下步骤：

步骤A：将光源中的耦合器的输出端与所述Y波导的输入端连接。

步骤B：参考图3，将第二光功率计与光纤环的第二端连接；根据光源中第一光功率测量的低偏光源发出光束的光功率值和第二光功率计测量的光纤环的第二端输出光束的光功率值，确定所述光纤环的第一端与所述Y波导的第一输出端之间的第一最佳耦合位置。

步骤C：将第二光功率计与光纤环的第一端连接；根据光源中第一光功率测量的低偏光源发出光束的光功率值和第二光功率计测量的光纤环的第一端输出光束的光功率值，确定所述光纤环的第二端与所述Y波导的第二输出端之间的第二最佳耦合位置。

以步骤B为例，光纤环第一端的纤芯需要与Y波导的第一输出端的中心对准，此时可以根据第一光功率计测量的低偏光源的输出光束的功率值与光纤环第二端输出光束的光功率值得到Y波导、光纤环耦合在一起时所产生的损耗，可以根据损耗值最小的位置认为是最佳耦合位置，即此时光纤环的第一端的纤芯与Y波导的第一输出端的中心对应的较为准确。相应地，光纤环第二端与Y波导的第二输出端的对准也可参考上述方案实现。以上步骤可以在偏振对准之前实现。

优选地，上述方案中，所述第一最佳耦合位置和所述第二最佳耦合位置满足：所述光纤环的第一端输出光束的光功率值与所述光纤环的第二端输出光束的光功率值之间的差值在允许范围内。理论上，Y波导的两个输出端与光纤环的两端耦合后，其两个耦合点处的光传输参数应当具有一致性，即具有相同的光功率损耗是最好的，即便是不能够做到完全相等，也希望两个耦合点的光功率损耗差值在允许范围内，例如差值在5db以内。

采用以上方法将Y波导与光纤环耦合后得到的敏感环模块，经测试其光学参数如表1所示：

表1敏感环模块测试数据

光纤环串音	-23dB
		2端尾纤偏振串音	-22.5dB
3端尾纤偏振串音	-23.1dB

采用以上方法将Y波导与光纤环耦合后得到的敏感环模块，在Y波导输出端进行截断后，测试Y波导输出端尾纤偏振串音、分束比、插入损耗等参数。测试参数如表2所示。

表2敏感环模块截断后Y波导测试数据

损耗	2.5dB
		分束比	49.7/50.3
2端尾纤偏振串音	-38.6dB
		3端尾纤偏振串音	-32.9dB

根据表1和表2所示的测试数据可以说明采用以上方法将Y波导与光纤环耦合其偏振对准结果具有较高的准确性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种快速准确偏振对准装置，用于实现Y波导与光纤环的偏振对准，其特征在于，包括光源、耦合台和消光比测试仪：

所述光源的输出端与所述Y波导的输入端连接；所述耦合台上设置有耦合部，所述Y波导的第一输出端或第二输出端固定于所述耦合部的第一端，所述耦合部的第二端上设置有刻度值；

所述光纤环的第一端连接于所述耦合部的第二端时，所述消光比测试仪的输入端与所述光纤环的第二端相连，以测量所述光纤环的第二端输出光束的消光比与所述光纤环的第一端所对应刻度值的关系；所述光纤环的第二端连接于所述耦合部的第二端时，所述消光比测试仪的输入端与所述光纤环的第一端相连，以测量所述光纤环的第一端输出光束的消光比与所述光纤环的第二端所对应刻度值的关系。

2.根据权利要求1所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于：

所述光纤环的第一端的端头设置有第一尾纤头，所述光纤环的第一端通过所述第一尾纤头与所述耦合部的第二端或所述消光比测试仪的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于：

所述光纤环的第二端的端头设置有第二尾纤头；所述光纤环的第二端通过所述第二尾纤头与所述耦合部的第二端或所述消光比测试仪的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于：

所述光源包括低偏光源。

5.根据权利要求4所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于：所述光源还包括耦合器和第一光功率计；

所述低偏光源的输出端与所述耦合器的第一端连接，所述耦合器的输出端作为所述光源的输出端与所述Y波导的输入端连接；

所述第一光功率计与所述耦合器的第二端连接，以测量所述低偏光源发出光束的光功率值。

6.根据权利要求5所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于，所述装置还包括第二光功率计：

所述第一尾纤头连接于所述耦合部的第二端时，所述第二光功率计的输入端与所述第二尾纤头相连，以测量所述第二尾纤头输出光束的功率值；所述第二尾纤头连接于所述耦合部的第二端时，所述第二光功率计的输入端与所述第一尾纤头相连，以测量所述第一尾纤头输出光束的功率值。

7.根据权利要求1-6任一项所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于：

所述耦合台上设置有两个耦合部，两个所述耦合部之间的位置关系与所述Y波导的第一输出端和第二输出端之间的位置关系相适配。

8.根据权利要求1-6任一项所述的快速准确偏振对准装置，其特征在于：

所述Y波导为具有起偏性能的高偏Y波导芯片。

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