專利名稱：一種光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖測量裝置，具體涉及到一種光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干域偏振測量技術(shù)(OCDP)是一種高精度分布式偏振耦合測量技術(shù)，它基于寬譜光干涉原理，通過掃描式光學(xué)干涉儀進(jìn)行光程補償，實現(xiàn)不同偏振模式間的干涉，可對偏振串?dāng)_的空間位置、偏振耦合信號強度進(jìn)行高精度的測量與分析，進(jìn)而獲得光學(xué)偏振器件的消光比、拍長等重要參數(shù)。OCDP技術(shù)作為一種非常有前途的分布式光學(xué)偏振性能的檢測方法，被廣泛用于保偏光纖制造、保偏光纖精確對軸、器件消光比測試等領(lǐng)域。與其他如偏振時域反射技術(shù)(P0TDR)、光頻域反射技術(shù)(0FDR)、光相干域反射技術(shù)(OCDR)等分布式檢測方法與技術(shù)相比，OCDP技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、高空間分辨率(5 10cm)、大測量范圍(測量長度幾公里)、超高測量靈敏度(耦合能量-80 -100(^)、超大動態(tài)范圍(108 1010)等優(yōu)點，非常有希望發(fā)展成為一種高精度、通用測試技術(shù)和系統(tǒng)。由于它最為直接和真實地描述了信號光在光纖光路中的傳輸行為，所以特別適合于對光纖器件、組件，以及光纖陀螺等高精度、超高精度干涉型光纖傳感光路進(jìn)行測試和評估。20 世紀(jì) 90 年代初，法國 Herve Lefevre 等人[Method for the detection ofpolarization couplings in a birefringent optical system and application ofthis method to the assembling of the components of an optical system, US Patent4893931]首次公開了基于白光干涉原理的OCDP系統(tǒng)，它采用超輻射發(fā)光二極管(SLD)作為光源和空間干涉光路作為光程相關(guān)測量結(jié)構(gòu)。法國Photonetics公司根據(jù)此專利研制了WIN-P 125和WIN-P 400兩種型號OCDP測試系統(tǒng)，主要用于較短(500m)和較長(1600m)保偏光纖的偏振特性分析。其主要性能為偏振串?dāng)_靈敏度為_70dB、動態(tài)范圍為70dB，后經(jīng)過改進(jìn)，靈敏度和動態(tài)范圍分別提升到_80dB和80dB。·2011年，天津大學(xué)張紅霞等人公開了一種光學(xué)偏振器件偏振消光比的檢測方法和檢測裝置(中國專利申請?zhí)?01110052231. 3)，同樣采用空間干涉光路作為O⑶P的核心裝置，通過檢測耦合點的耦合強度，推導(dǎo)出偏振消光比。該裝置適用于保偏光纖、保偏光纖耦合器、偏振器等多種光學(xué)偏振器件。與Herve Lefevre等人的方案相比,技術(shù)性能和指標(biāo)相近。同年，美國通用光電公司(General Photonics Corporation)的姚曉天等人公開了一種用于保偏光纖和光學(xué)雙折射材料中分布式偏振串?dāng)_測量的全光纖測量系統(tǒng)(US20110277552, Measuring Distributed Polarization Crosstalk in PolarizationMaintaining Fiber and Optical Birefringent Material),利用在光程相關(guān)器之前增加光程延遲器，抑制偏振串?dāng)_測量時雜散白光干涉信號的數(shù)量和幅度。該方法可以將全光纖測量系統(tǒng)的偏振串?dāng)_靈敏度提高到_95dB，但動態(tài)范圍保持在75dB。進(jìn)一步提高偏振串?dāng)_的測試性能，包括測量靈敏度、動態(tài)范圍和器件測量長度等。特別是如何在提高測量靈敏度的同時，保持動態(tài)范圍也相應(yīng)提高，成為研究的熱點。保持測量靈敏度和動態(tài)范圍數(shù)值上的一致性，這樣就可以消除光源強度浮動對測量的影響，提高測量的準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抑制光學(xué)噪聲幅度，提高偏振串?dāng)_測量的靈敏度和動態(tài)范圍，減小測試系統(tǒng)的體積，提高系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性和抗振性能，降低環(huán)境使用要求的光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置包括寬譜光源、起偏器、待測偏振器件、光程相關(guān)器、差分探測裝置、光電信號轉(zhuǎn)換與信號記錄裝置，(I)寬譜光源通過起偏器、第I旋轉(zhuǎn)連接器與待測光纖器件連接，再通過第2旋轉(zhuǎn)連接器與偏振分束Michelson結(jié)構(gòu)光程相關(guān)器連接；光程相關(guān)器通過第3旋轉(zhuǎn)連接器連接偏振差分探測裝置后，與干涉信號檢測與處理裝置再連接。(2)光程相關(guān)器由2X2偏振分束器、保偏光纖、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器、自聚焦準(zhǔn)直透鏡組成，以及可移動光學(xué)反射鏡；偏振分束器的第I輸出端連接法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡，組成固定長度光程參考臂；偏振分束器的第2輸出端通過法拉第旋轉(zhuǎn)器連接準(zhǔn)直透鏡和可移動光學(xué)反射鏡，組成長度可變光程掃描臂(I2)。(3)線偏振光信號注入到2X2偏振分束器的第I輸入尾纖的偏振特征軸——慢軸(y軸)中，信號光僅從第I輸出尾纖的慢軸中輸出；注入到第I輸入尾纖的快軸(X軸)中，僅從第2輸出尾纖的快軸中輸出；線偏振光注入到偏振分束器的第2輸入尾纖的慢軸(y軸)中，僅從第2輸出尾纖的慢軸中輸出；注入到第2輸入尾纖的快軸(X軸)中，僅從第I輸出尾纖的快軸中輸出；第I輸入端與第I輸出端、第2輸入端與第2輸出端的具有光路輸入/輸出的對稱性。(4)偏振差分探測裝置由1X2偏振分束器、第I、第2光電探測器組成；線偏振光信號注入到1X2偏振分束器的第I輸入尾纖的慢軸(y軸)中，信號光僅從第I輸出尾纖的慢軸中輸出；注入到第I輸入尾纖的快軸(X軸)中，僅從第2輸出尾纖的快軸中輸出。(5)旋轉(zhuǎn)第I旋轉(zhuǎn)連接器，使起偏器的輸出尾纖與待測光纖器件的輸入尾纖偏振特征軸完成0° 0°對準(zhǔn)；旋轉(zhuǎn)第3旋轉(zhuǎn)連接器，使光程相關(guān)器的輸出尾纖與偏振差分探測裝置的輸入尾纖的偏振特征軸實現(xiàn)0° ^45°對準(zhǔn)角；旋轉(zhuǎn)第2旋轉(zhuǎn)連接器，使待測偏振器件的輸出尾纖與光程相關(guān)器輸入尾纖的偏振特征軸分別實現(xiàn)0° 0°以及0° ^45°對準(zhǔn)。所述的光程相關(guān)器的可移動光學(xué)反射鏡處于運動起點位置時，光程相關(guān)器的光程相關(guān)參考臂的絕對光程略大于光程相關(guān)掃描臂；可移動光學(xué)反射鏡連續(xù)移動的范圍大于待測光纖器件耦合光與傳輸光之間的最大光程差異；所述的起偏器，第I、第2旋轉(zhuǎn)連接器，待測光纖器件，光程相關(guān)器，差分探測裝置，第I、第2探測器，其特征是波長工作范圍能夠覆蓋寬譜光源的發(fā)射光譜；起偏器的輸出尾纖，光程相關(guān)器，差分探測裝置均工作在單模、偏振保持狀態(tài)。本發(fā)明是對基于白光干涉原理的光學(xué)相干域偏振測試系統(tǒng)(OCDP)的一種技術(shù)改進(jìn)。全光纖ODCP的工作原理如圖I所示，以保偏光纖的性能測試為例，由寬譜光源發(fā)出的高穩(wěn)定寬譜偏振光101注入到一定長度的保偏光纖121的慢軸(快軸時,原理相同)。由于制作時幾何結(jié)構(gòu)存在缺陷、預(yù)先施加應(yīng)力的非理想作用，或者在外界溫度和載荷的作用下，使光纖中存在某缺陷點111。信號光沿慢軸傳輸時，當(dāng)信號光傳輸?shù)饺毕蔹c111時，慢軸中的一部分光能量就會耦合到正交的快軸中，形成耦合光束103，剩余的傳輸光束102依舊沿著慢軸傳輸。光纖存在線性雙折射An (例如5Χ1(Γ4)，使慢軸的折射率大于快軸折射率，當(dāng)光纖的另外一端輸出時(傳輸距離為1)，則傳輸在慢軸的傳輸光102和傳輸在快軸的耦合光103之間將存在一個光程差Λη 。上述光束通過焊接點或者旋轉(zhuǎn)連接頭112，將傳輸光和I禹合光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°后,進(jìn)入光程相關(guān)器130中。在光程相關(guān)器130中，2X2均分光纖稱合器132、法拉第旋鏡反射鏡134、法拉第旋光器136、自聚焦準(zhǔn)直透鏡137、可移動反射鏡138組成一個全光纖Michelson干涉儀。光束102和103經(jīng)過檢偏器131偏振極化后，由2X2光纖I禹合器132均勻地分成兩部分,一半傳輸在由單模光纖133和法拉第旋鏡反射鏡134組成的固定參考臂中，另外一半傳輸在由單模光纖135、法拉第旋鏡器136、自聚焦準(zhǔn)直透鏡137和可移動反射鏡138組成的移動掃描臂中。如圖I和圖2所不，由傳輸光201和耦合光202組成參考光束，傳輸在干涉儀的固定參考臂中，經(jīng)過法拉第旋鏡134的反射后，偏振態(tài)翻轉(zhuǎn)90°又回到稱合器132 ;由傳輸光203和稱合光204組成掃描光束,經(jīng)過移動反射鏡138的反射后，由于法拉第旋光器136的作用掃描光束的偏振態(tài)也翻轉(zhuǎn)90° ,回到耦合器132，兩部分光匯聚在探測器139上形成白光干涉信號，被其接收并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。此信號經(jīng)過信號解調(diào)電路141處理后，送入測量計算機142中；測量計算機142另外還要負(fù)責(zé)控制移動反射鏡138實現(xiàn)光程掃描。法拉第旋鏡134和法拉第旋光器136的作用是消除單模光纖133和135的線性雙折射對解調(diào)的影響。如圖2所示，在測量計算機142的控制下，Michelson干涉儀的移動反射鏡138使干涉儀兩臂的光程差從Anl經(jīng)過零，掃描至-Anl (I)當(dāng)光程差等于Anl時，掃描光束中耦合光204與參考光束中的傳輸光201光程發(fā)生匹配，則產(chǎn)生白光干涉信號，其峰值幅度為
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置，包括寬譜光源(501)、起偏器(511)、待測偏振器件(522)、光程相關(guān)器(530)、差分探測裝置(550)、光電信號轉(zhuǎn)換與信號記錄裝置(560)，其特征是寬譜光源(501)通過起偏器(511)、第I旋轉(zhuǎn)連接器(521)與待測光纖器件(522)連接，再通過第2旋轉(zhuǎn)連接器(523)與偏振分束Michelson結(jié)構(gòu)光程相關(guān)器(530)連接；光程相關(guān)器(530)通過第3旋轉(zhuǎn)連接器(541)連接偏振差分探測裝置(550)后，與干涉信號檢測與處理裝置(560 )再連接；旋轉(zhuǎn)第I旋轉(zhuǎn)連接器(521)，使起偏器(511)的輸出尾纖與待測光纖器件(522)的輸入尾纖偏振特征軸完成0° 0°對準(zhǔn)；旋轉(zhuǎn)第3旋轉(zhuǎn)連接器，使光程相關(guān)器(530)的輸出尾纖與偏振差分探測裝置(550)的輸入尾纖的偏振特征軸實現(xiàn)0° ^45°對準(zhǔn)角；旋轉(zhuǎn)第2旋轉(zhuǎn)連接器，使待測偏振器件(522)的輸出尾纖與光程相關(guān)器(530)的輸入尾纖的偏振特征軸分別實現(xiàn)0° 0°以及0° 45°對準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置，其特征是所述光程相關(guān)器(530)由2X2偏振分束器(531)、兩根保偏光纖(532、534)、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡(533)、法拉第旋轉(zhuǎn)器(535)、自聚焦準(zhǔn)直透鏡(536)，以及可移動光學(xué)反射鏡(537)組成；偏振分束器(531)的第I輸出端(ps3)通過第I保偏光纖(532)連接法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡(533)，組成固定長度光程參考臂(I1);偏振分束器(531)的第2輸出端(ps4)通過第2保偏光纖(534)連接法拉第旋轉(zhuǎn)器(535)，再連接準(zhǔn)直透鏡(536)，準(zhǔn)直透鏡(536)后接可移動光學(xué)反射鏡(537)，組成長度可變光程掃描臂(I2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置，其特征是所述偏振差分探測裝置(550)由1X2偏振分束器(551)、兩個光電探測器(552、553)組成；1X2偏振分束器(551)的第I輸出尾纖(ps6)連接第I光電探測器(552),第2輸出尾纖(ps7)連接第2光電探測器(553);線偏振光信號注入到1X2偏振分束器(551)的第I輸入尾纖(ps5)的慢軸、即y軸中，信號光僅從第I輸出尾纖(ps6)的慢軸中輸出；注入到第I輸入尾纖(ps5)的快軸、即X軸中，僅從第2輸出尾纖(ps7)的快軸中輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置，其特征是所述的光程相關(guān)器(530)的可移動光學(xué)反射鏡(537)處于運動起點位置時，光程相關(guān)器(530)的光程相關(guān)參考臂(I1)的絕對光程略大于光程相關(guān)掃描臂(I2);可移動光學(xué)反射鏡(537)連續(xù)移動的范圍(X)大于待測光纖器件稱合光與傳輸光之間的最大光程差異。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置，其特征是所述的光程相關(guān)器(530)的可移動光學(xué)反射鏡(537)處于運動起點位置時,光程相關(guān)器(530)的光程相關(guān)參考臂(I1)的絕對光程略大于光程相關(guān)掃描臂(I2);可移動光學(xué)反射鏡(537)連續(xù)移動的范圍(X)大于待測光纖器件耦合光與傳輸光之間的最大光程差異。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種光學(xué)器件偏振串?dāng)_測量的全光纖測試裝置。包括寬譜光源(501)、起偏器(511)、待測偏振器件(522)、光程相關(guān)器(530)、差分探測裝置(550)、光電信號轉(zhuǎn)換與信號記錄裝置(560)，寬譜光源(501)通過起偏器(511)、第1旋轉(zhuǎn)連接器(521)與待測光纖器件(522)連接，再通過第2旋轉(zhuǎn)連接器(523)與偏振分束Michelson結(jié)構(gòu)光程相關(guān)器(530)連接；光程相關(guān)器(530)通過第3旋轉(zhuǎn)連接器(541)連接偏振差分探測裝置(550)后，與干涉信號檢測與處理裝置(560)再連接。本發(fā)明具有體積小、測量精度高、溫度和振動穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛用于光學(xué)器件偏振性能的高精度測量與分析。
文檔編號G01M11/02GK102928198SQ20121037940
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者楊軍, 苑勇貴, 彭峰, 柴俊, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)