一種用于光學相干偏振測量的標定裝置及其動態范圍標定方法
【專利摘要】本發明屬于光纖測量技術領域,具體涉及到一種用于光學相干偏振測量的標定裝置及其動態范圍標定方法。本發明包括寬譜光源與功率監測裝置510、第一光纖連接器521、第二光纖連接器522、高精度標定裝置530、光程相關器540、偏振串擾檢測與信號記錄裝置550。使用特定長度和對準角度的保偏光纖搭建標定裝置,可對測量峰的位置和幅度進行精確定位;利用多個串擾點的二階干涉峰,可對較低峰值進行精確定位。利用不同的標定梯度,提高標定精度和準確性。
【專利說明】
-種用于光學相干偏振測量的標定裝置及其動態范圍標定 方法
技術領域
[0001] 本發明屬于光纖測量技術領域,具體設及到一種用于光學相干偏振測量的標定裝 置及其動態范圍標定方法。
【背景技術】
[0002] 偏振光學器件是構成高精度光學測量與傳感系統的重要組成部分,目前光學器件 性能測試與評價方法和裝置落后的現狀,嚴重阻礙了高精度光學測量與傳感系統的發展。 例如:高精度光纖巧螺的核屯、器件一-妮酸裡集成波導調制器(俗稱Y波導)的忍片消光比 已經達到80地W上;而常用的偏振性能檢測儀器一-消光比測試儀,通常的檢測分辨率在 50地左右(按照能量定義,即為105),分辨率最高的為美國地m化tics公司研制Model 4810 型偏振消光比,測量儀測量極限也僅有72地。
[0003] 光學相干域偏振測量技術(0CDP)是一種高精度分布式偏振禪合測量技術,它基于 寬譜光干設原理,通過掃描式光學干設儀進行光程補償,實現不同偏振模式間的干設,可對 偏振串擾的空間位置、偏振禪合信號強度進行高精度的測量與分析,進而獲得光學偏振器 件的消光比、拍長等重要參數。0CDP技術作為一種非常有前途的分布式光學偏振性能的檢 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域。與其他如: 偏振時域反射技術(P0TDR)、光頻域反射技術(0FDR)、光相干域反射技術(0CDR)等分布式檢 測方法與技術相比,0CDP技術具有結構簡單、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(禪合能量-80~-100地)、超大動態范圍(108~l〇iD)等優點,非 常有希望發展成為一種高精度、通用化測試技術和系統。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W特別適合于對光纖器件、組件,W及光纖巧螺等高精 度、超高精度干設型光纖傳感光路進行測試和評估。
[0004] 20世紀90年代初,法國Herve Lefevre等人[Method for the detection of polarization couplings in a birefringent optical system and application of this method to the assembling of the components of an optical system,US Patent 4863631]首次公開了基于白光干設原理的OCDP系統,它采用超福射發光二極管 (化D)作為光源和空間干設光路作為光程相關測量結構。法國化otonetics公司根據此專利 研制了WIN-P 125和WIN-P 400兩種型號0CDP測試系統,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擾靈敏度為-70dB、動態范圍為 70地,后經過改進,靈敏度和動態范圍分別提升到-80地和80地。
[0005] 2011年,天津大學張紅霞等人公開了一種光學偏振器件偏振消光比的檢測方法和 檢測裝置(中國專利申請號:201110052231.3),同樣采用空間干設光路作為0CDP的核屯、裝 置,通過檢測禪合點的禪合強度,推導出偏振消光比。該裝置適用于保偏光纖、保偏光纖禪 合器、偏振器等多種光學偏振器件。與化rve Lefevre等人的方案相比,技術性能和指標相 近。
[0006] 同年,美國通用光電公司(General Photonics Coloration)的姚曉天等人公開 了一種用于保偏光纖和光學雙折射材料中分布式偏振串擾測量的全光纖測量系統 (US20110277552,Measuring Distributed Polarization Crosstalk in Polarization Mainlining Fiber and Optical Birefringent Material),利用在光程相關器之前增加 光程延遲器,抑制偏振串擾測量時雜散白光干設信號的數量和幅度。該方法可W將全光纖 測量系統的偏振串擾靈敏度提高到-95地,但動態范圍保持在75地。
[0007] 2012年,本發明
【申請人】公開了一種提高光學器件偏振串擾測量性能的裝置及方法 (中國專利申請號CN201210379407.0)和一種光學器件偏振串擾測量的全光纖測試裝置 (CN201210379406.6),采用全光纖光程相關器結構,增加偏振分束和在線旋轉連接功能,抑 制拍噪聲,有效提高測量靈敏度,在相關器中增加法拉第旋光器,增加光源的穩定性,提高 光源功率的利用率,W上兩種裝置均適用于多種偏振器件的性能測試。與美國通用光電公 司相比,可W將測量系統的偏振串擾靈敏度提高到-95地的同時,使動態范圍保持在優于 95地。靈敏度已經接近測量極限,主要受限于光源的相對強度噪聲。在不改變光路結構、優 化元件參數的強度下,測量靈敏度將無法進一步得到提升。
[0008] 2013年,本發明
【申請人】提出了一種大掃描量程光學相干域偏振測量裝置(中國專 利申請號CN201310736313.4),使用多個連續式光程擴展單元級聯,并使單元中的掃描光學 器件成對出現,實現光程掃描擴展,抑制掃描器強度浮動對測量的影響。主要解決的問題是 如何提高偏振串擾測量的準確度和穩定性,測量靈敏度性能沒有改善。
[0009] 2014年,本發明
【申請人】提出了一種可抑制干設噪聲的光學相干偏振測量裝置(中 國專利申請號CN201410120901.4),采用全光纖型偏振態控制器消除光學器件殘余光反射, 使用法拉第旋光器的光程解調裝置克服干設中的偏振衰落效應,有效抑制干設噪聲;提出 帶有光程掃描位置和速度校正的光學相干域偏振測量裝置(中國專利申請號 CN201410120591.6),通過對光程掃描的校正,提高了偏振測量裝置的空間精度和探測靈敏 度。
[0010] 對測試儀器進行標定是科學測量中一個不容忽視的步驟,隨著測試精度的提高, 更需確保測得結果的準確性和一致性。通過對保偏光纖長度、保偏光纖角度和起偏器的角 度的大小選取,搭建高精度標定裝置,對光學相干偏振測量裝置具有重要意義。
[0011] 本發明提供了一種用于光學相干偏振測量的標定裝置。首先,利用起偏器將偏振 光束分別注入到保偏光纖的快軸和慢軸中;其次利用保偏光纖不同對準角度對應不同禪合 強度的特點,并利用0°起偏器僅在某一特征軸傳輸光且消光比低的特性,合理布局保偏光 纖長度和對準角度;最后,通過檢偏器將不同軸的光束整合在同一偏振方向上,通過光程相 關器實現干設,通過對照串擾檢測結果與搭建標定參數一致性,實現光學偏振器件分布式 串擾測量裝置的標定。本發明具有搭建簡單、可根據測量儀器的不同選擇不同參數、標定精 確可靠等優點,可廣泛用于高精度光學器件偏振性能測量儀器的標定中。
【發明內容】
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[0012] 本發明的目的在于提供具有精度高、穩定可靠的特點,可用于高精度光學器件偏 振性能測量儀的標定的用于光學相干偏振測量的標定裝置。本發明的目的還在于提供一種 用于光學相干偏振測量的標定裝置的動態范圍標定方法。
[0013] 本發明的目的是在運樣實現的:
[0014] -種用于光學相干偏振測量的標定裝置,包括寬譜光源與功率監測裝置510、第一 光纖連接器521、第二光纖連接器522、高精度標定裝置530、光程相關器540、偏振串擾檢測 與信號記錄裝置550,高精度標定裝置530由45°起偏器531、第一保偏光纖533、0°起偏器 535、第二保偏光纖537、45°檢偏器539組成;隔離器514通過光纖連接器與45°起偏器531的 單模端si相連,45°起偏器531的保偏端psl與第一保偏光纖533相連,0°起偏器535的輸入尾 纖ul與輸出尾纖u2分別與第一保偏光纖533、保偏光纖537相連,45°檢偏器539的保偏輸入 尾纖ps2與第二保偏光纖537相連,測量光由45°檢偏器539的輸出尾纖s2輸出;寬譜光源與 功率監測裝置510通過光纖連接器521與高精度標定裝置530相連,將寬譜光束注入光程相 關器540的輸入口,光程相關器540的將最終的信號傳輸到偏振串擾檢測與信號記錄裝置 550 中。
[0015] 所述的寬譜光源與功率監測裝置510,由寬譜光源511、1X2分束器512、功率探測 器513、隔離器514組成;寬譜光源511產生的寬譜光通過1X2分束器512與功率探測器513和 隔離器514相連,功率探測器513用于寬譜光源511的輸出功率監測。
[0016] 所述光程相關器540,由2 X 2禪合器541、544、偏振態控制器542、環形器543、準直 鏡545、光程掃描器546、干設信號探測器組成;從45°檢偏器533的單模端s2出射的寬譜光與 激光校正裝置520出射的激光均在2X2禪合器541的作用下均勻的分離到光程相關器530固 定臂和掃描臂中去;固定臂是有偏振態控制器542的一臂;掃描臂是有環形器543、準直鏡 545、光程掃描器546的一臂。
[0017] 所述偏振串擾檢測與信號記錄裝置550由信號處理單元551和電腦終端552構成。
[0018] -種用于光學相干偏振測量標定裝置的動態范圍標定方法:
[0019] 1從0°起偏器535的輸入尾纖ul注入光束,輸出尾纖u2連接消光比測試儀,得到0° 起偏器535的消光比的值PER2;
[0020] 245°檢偏器539的保偏輸入尾纖ps2、保偏光纖537、0°起偏器535的輸出尾纖u2、0。 起偏器535的輸入尾纖ul、保偏光纖533、45°起偏器531的保偏輸出尾纖psl的長度分別選取 為h、b、13、12、Is和16;對于高精度標定裝置530,各段保偏光纖的長度需滿足:
[0021]
[00。] 3對于各光程掃描器的掃描光程范圍AL,滿足:AL〉2h+l2+l3+l4+l5+l6,并且光程 掃描范圍的中點選擇為兩干設臂光程相等的位置,也就是最大峰值的位置;
[0023] 40°起偏器535的輸入尾纖ul和保偏光纖533ΚΘ1角可根據自已需要設定進行對 準,從0°起偏器535的輸出尾纖u2注入光束,保偏光纖533連接消光比測試儀,得到0°起偏器 535和534點的總消光比的值陽R2+3,得到534點的消光比的值陽R3 =陽化+3-PER2;判斷陽R3是 否在合適的范圍內,對消光比數值記錄并焊接,進行下一步;若不是,角度對準進行調整;
[0024] 5保偏光纖537和0°起偏器535的輸出尾纖U2W目2角進行對準,從0°起偏器535的輸 入尾纖ul注入光束,保偏光纖537連接消光比測試儀,得到0°起偏器535和保偏光纖537的總 消光比的值陽R2+1,得到537點的消光比的值陽Ri =陽R2U-陽R2;判斷PERi是否在合適的范 圍內,若是,對消光比數值記錄并焊接,進行下一步;若不是,角度對準進行調整;
[0025] 確定Ξ個需標定的一階消光比值陽Ri、P邸2、陽R3,位置分別處于氣、了/, +·ν、啼 處;
[0026] 6將保偏光纖534與45°起偏器531的保偏輸出尾纖psl焊接,尾纖長度為16;將保偏 光纖537與45°檢偏器539的保偏輸入尾纖ps2焊接,尾纖長度為h;
[0027] 7得到待標定的二階標定值PERi3 =陽R1+PER3,位置處于氣+了/: +Τ·/6處;對應 峰的位置和幅度為:干設主峰光程延遲量的串擾系數為1; 一階干設峰光程延遲量為 氣、[6+?、氣+氣馬、f/s+r%的串擾系數分別為化、ΡΒ、ε、化、pc、e;二 階干設峰光程延遲量為了/,+馬+了4、了/,+?、嗎+了/2 +%+馬、氣的串擾系數分 另 Ij 為 Pb+Pd、Pa+化、Pb+Pc、Pa+Pc ;
[00%] 8連接寬譜光源與功率監測裝置510、光程相關器540、偏振串擾檢測與信號記錄裝 置550;
[0029] 9打開寬譜光源511,調節偏振態控制器542和光學掃描器543至干設信號最大狀 態;驅動光程掃描器546,使用偏振串擾檢測與信號記錄裝置550對光程相關器540中不同掃 描距離的數據進行測量和記錄;
[0030] 10進行最終數據處理,找出圖譜中干設峰的位置和高度;
[0031] 11利用步驟4、5中消光比測試儀測量的一階標定值對小消光比峰的位置和幅度進 行標定;
[0032] 12利用步驟7中計算的二階標定值對大消光比進行標定。
[0033] 本發明的有益效果在于:
[0034] (1)使用特定長度和對準角度的保偏光纖搭建標定裝置,可對測量峰的位置和幅 度進行精確定位;利用多個串擾點的二階干設峰,可對較低峰值進行精確定位。利用不同的 標定梯度,提高標定精度和準確性。
[0035] (2)使用一階干設峰用于小消光比(0~-40dB)的標定,使用二階干設峰用于大消 光比(-40~-100地)的標定,對于0~-100地范圍的消光比均可實現同時的精確標定,標定 范圍大。
[0036] (3)由于45°起偏器與0°起偏器、0°起偏器與45°起偏器之間可消除的二階干設峰, 0°起偏器可削弱其他方向上的光束影響,可大幅度減少多余峰及光纖自身產生的影響。
[0037] (4)高精度標定裝置主要由保偏光纖、起偏器和檢偏器構成,毋須引入其他器件; 需要控制的僅有兩個參量:保偏光纖的長度、焊接角度。對于標定系統的搭建,具有器件簡 單、搭建快捷、精度高、范圍大的特點。
【附圖說明】
[0038] 圖1是光學器件的分布式偏振串擾單一缺陷點測量的光學原理示意圖;
[0039] 圖2是單一偏振串擾形成的干設信號峰與傳輸光衰減倍數的對應關系示意圖;
[0040] 圖3是兩保偏光纖Θ角對準焊接時光束變化示意圖;
[0041] 圖4是用于光學相干偏振測量的標定裝置;
[0042] 圖5是用于光學相干偏振測量的標定裝置中保偏光纖的長度示意圖;
[0043] 圖6光學相干偏振測量動態范圍的標定步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結合附圖對本發明做進一步描述:
[0045] 本發明提供了一種用于光學相干偏振測量的標定裝置及其動態范圍的標定方法。 高精度標定裝置包括起偏器、檢偏器、保偏光纖,含有高精度標定功能的多個起偏器(檢偏 器)和多段保偏光纖特定長度和角度焊接。標定方法為:通過起偏器(檢偏器)保偏尾纖及保 偏光纖的長度及焊接角度的選擇,分別利用一級干設峰、二級干設峰對小消光比(〇~- 40地)、大消光比(-40~-100地)進行精確標定。在只使用起偏器(檢偏器)保偏尾纖和保偏 光纖的情況下,高精度標定裝置可W對0~-100地的消光比范圍進行精確標定。本發明具有 標定范圍大、標定精度高、器件簡單、搭建簡捷等優點,廣泛用于保偏光纖、集成波導調制器 (Y波導)等光學器件偏振性能的高精度測量與分析中。
[0046] 1.高精度標定裝置由45°起偏器、保偏光纖、0°起偏器、保偏光纖、45°檢偏器組成。 隔離器通過光纖連接器與45°起偏器的單模端相連,45°起偏器的保偏端與保偏光纖相連, 0°起偏器的輸入尾纖與輸出尾纖分別與保偏光纖、保偏光纖相連,45°檢偏器的保偏輸入尾 纖與保偏光纖537相連,測量光由45°檢偏器的輸出尾纖輸出,并接入光學相干偏振測量系 統中。
[0047] 2.高精度標定裝置中0°起偏器可由其他偏振器件代替,由焊點、0°起偏器和焊點 的消光比作為一階待標定量。通過對45°起偏器的保偏尾纖、保偏光纖、0°起偏器的輸入尾 纖、0°起偏器輸出尾纖、保偏光纖、45°檢偏器輸入尾纖的長度控制及焊接角度控制獲得不 同的標定結構。
[0048] 3.光學相干偏振測量系統,包括寬譜光源與功率監測裝置、光纖連接器、高精度標 定裝置、光程相關器、偏振串擾檢測與信號記錄裝置,其特征是:寬譜光源與功率監測裝置 通過光纖連接器與高精度標定裝置相連,將寬譜光束注入光程相關器的輸入口,光程相關 器的將最終的信號傳輸到偏振串擾檢測與信號記錄裝置中。
[0049] 4.寬譜光源與功率監測裝置,由寬譜光源、1X2分束器、功率探測器、隔離器組成。 寬譜光源產生的寬譜光通過1 X 2分束器與功率探測器和隔離器相連,功率探測器用于寬譜 光源的輸出功率監測。
[0050] 5.光程相關器,由2X2禪合器、偏振態控制器、環形器、準直鏡、光程掃描器、干設 信號探測器組成。從45°檢偏器的輸出端出射的寬譜光與激光校正裝置出射的激光均在2X 2禪合器的作用下均勻的分離到光程相關器固定臂和掃描臂中去。固定臂是有偏振態控制 器的一臂;掃描臂是有環形器、準直鏡、光程掃描器的一臂。
[0051] 6.偏振串擾檢測與信號記錄裝置由信號處理單元和電腦終端構成。
[0052] 7. -種用于光學相干偏振測量動態范圍的標定方法,其特征是:
[0053] (1)從0°起偏器的輸入尾纖ul注入光束,輸出尾纖u2連接消光比測試儀,得到0°起 偏器的消光比的值PER2;
[0054] (2)45°檢偏器的保偏輸入尾纖ps2、保偏光纖537、0°起偏器的輸出尾纖u2、0°起偏 器的輸入尾纖ul、保偏光纖533、45°起偏器的保偏輸出尾纖psl的長度分別選取為h、l2、l3、 l2、l5和16。對于高精度標定裝置,各段保偏光纖的長度需滿足:
[ο化5]
( 1 )
[0化6] (3)對于各光程掃描器的掃描光程范圍AL,應滿足:AL〉2(h+l2+l3+l4+l日+16),并 且光程掃描范圍的中點盡量選擇為兩干設臂光程相等的位置,也就是最大峰值的位置。
[0057] (4)0°起偏器的輸入尾纖ul和保偏光纖533ΚΘ1角(可根據自已需要設定)進行對 準,從0°起偏器的輸出尾纖u2注入光束,保偏光纖533連接消光比測試儀,得到0°起偏器535 和534點的總消光比的值陽R2+3,從而可W得到534點的消光比的值陽化=陽化+3-陽R2。判斷 P邸3是否在合適的范圍內(一階標定值-30dB上下),若是,對消光比數值記錄并焊接,進行 下一步;若不是,角度對準進行調整。
[0058] (5)保偏光纖537和0°起偏器的輸出尾纖角(可根據自已需要設定)進行對 準,從0°起偏器的輸入尾纖ul注入光束,保偏光纖537連接消光比測試儀,得到0°起偏器和 537點的總消光比的值PER2+1,從而可W得到537點的消光比的值PERi = PER2+1-PER2。判斷 P邸1是否在合適的范圍內(一階標定值-30dB上下),若是,對消光比數值記錄并焊接,進行 下一步;若不是,角度對準進行調整。
[0059] 通過W上步驟,確定Ξ個需標定的一階消光比值陽Ri、P邸2、P邸3,位置應分別處于 了!1、了與+'\、\化。
[0060] (6)將保偏光纖534與45°起偏器的保偏輸出尾纖psl (尾纖長度為16)0焊接;將保 偏光纖537與45°檢偏器的保偏輸入尾纖ps2(尾纖長度為h)0焊接;
[OOW] (7)利用用(3)中測量的立個需標定的一階消光比值陽Ri、陽R2、PER3,可得到待標 定的二階標定值陽虹3 =陽Ri+P邸3,位置處于+? + 了4處。對應峰的位置和幅度如表 1所示:
[0062]表1.圖譜干設峰的位置與幅度關系
[0063]
[0064] (8)連接寬譜光源與功率監測裝置、光程相關器、偏振串擾檢測與信號記錄裝置。
[0065] (9)打開寬譜光源,調節偏振態控制器和光學掃描器至干設信號最大狀態。驅動光 程掃描器,使用偏振串擾檢測與信號記錄裝置對光程相關器(540)中不同掃描距離的數據 進行測量和記錄。
[0066] (10)進行最終數據處理,找出圖譜中干設峰的位置和高度。
[0067] (11)利用(4)(5)中消光比測試儀測量的一階標定值對小消光比(0~-40地)峰的 位置和幅度進行標定,對照表中對應的位置和幅度;
[0068] (12)利用(7)中計算的二階標定值對大消光比(-40~-100地)進行標定,對照表中 對應的位置和幅度。通過W上步驟,完成標定。
[0069] 本發明是對基于白光干設原理的光學相干域偏振測試系統(0CDP)的標定和測量 裝置。0DCP的工作原理如圖1所示,W保偏光纖的性能測試為例,由寬譜光源發出的高穩定 寬譜偏振光301注入到一定長度的保偏光纖321的慢軸(快軸時,原理相同)。由于在偏振器 件中并非所有的光都是嚴格按照保偏軸傳輸的,會存在非理想的缺陷點或者連接。信號光 沿慢軸傳輸時,當信號光傳輸到缺陷點311時,慢軸中的一部分光能量就會禪合到正交的快 軸中,形成禪合光束303,剩余的傳輸光束302依舊沿著慢軸傳輸。光纖存在線性雙折射Δ η (例如:5Χ10-4),使慢軸的折射率大于快軸折射率,當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302和傳輸在快軸的禪合光303之間將存在一個光程差Δη?。上 述光束通過焊接點或者旋轉連接頭312,進入光程相關器330中。在光程相關器330中,偏振 分束鏡332、固定反射鏡334、移動反射鏡338組成一個Michelson光學干設儀。光束302和303 經過偏振分束鏡332后在光程相關器330分為固定臂和掃描臂中的兩部分。固定臂中傳輸的 光經過固定反射鏡334的反射后到達探測器339;掃描臂中傳輸的光經過移動反射鏡338的 反射后也到達探測器339,兩部分光匯聚在探測器339上形成白光干設信號,被其接收并將 光信號轉換為電信號。此信號經過信號解調電路341處理后,送入測量計算機342中;測量計 算機342另外還要負責控制移動反射鏡338實現光程掃描。
[0070] 在測量計算機342的控制下,Michelson干設儀的移動反射鏡338使干設儀兩臂的 光程差從Δ nl經過零,掃描至-Δ nl,如圖2所示:
[0071] (1)當光程差等于Anl時,掃描臂中光204與固定臂中光201發生匹配,則產生白光 干設信號,其峰值幅度為
它與缺陷點的禪合幅度因子和光源強度成正 比。
[0072] (2)當光程差等于0時,掃描臂與固定臂中,光205與光201、光206與光202發生匹 配,則產生白光干設信號,其峰值幅度為IwuplingKlo,它與光源強度與正比。
[0073] (3)當光程差等于Δη?時,掃描臂中光207與固定臂中光202發生匹配,則產生白光 干設信號,其峰值幅度為
,它與缺陷點的禪合幅度因子和光源強度成正 比。
[0074] 對干設信號進行處理,歸一化后換算成地值,通過對干設峰的幅度和位置的檢測, 即可得到保偏光纖缺點的位置和消光比等重要信息。
[0075] 對于構造標定峰的大小,可通過對保偏光纖的焊接角度進行調整。如圖3。在入射 保偏光纖中快軸傳輸的偏振光,如圖3 (a);在入射保偏光纖與出射保偏光纖的對準角度為Θ 時,光束會向出射光纖的兩特征軸上產生分量,如圖3(b);在出射保偏光纖輸時,兩軸的比 值關系為tan20,如圖3(c)。相當于在焊點處構造的消光比為-l〇logio[tan20](地)。通過對 保偏光纖的對準角度進行調整,W獲得不同的"串擾",通過改變不同的保偏光纖對準角度 得到不同的串擾峰值。
[0076] 從干設圖譜上看,主峰兩旁的干設峰均是信號光與禪合光的干設形成的,只有一 次禪合光的參與,故稱之為一階干設峰。在本專利中利用一階干設峰即可對小消光比(〇~- 40地)進行準確的標定。對于大消光比(-40~-100地),直接通過角度對準時保偏光纖焊接 角度精度很難滿足標定的要求,運時需要在一階干設峰的基礎上構造二階干設峰。二階的 干設峰對應大消光比,其位置和高度與形成一階干設峰的保偏光纖的長度和對準角度相關 聯,毋須對保偏光纖對準角度精度作苛刻要求,即可對系統可作精確的標定。在現有對準精 度的前提下,即可利用高階干設峰完成大消光比(-40地~-100地)的精確標定,實現測試系 統的校準。
[0077] W圖5為例,在高精度標定裝置中,經過每個焊點光會存在不同特性軸的禪合,禪 合的次數對應串擾的階數。對于選擇消光比較高的0°起偏器而言,可認為只允許特性軸的 光通過。對于一階干設,即0階光束(沒有發生串擾的直通光束)與一階串擾光束形成的干 設;對于二階干設,可分為兩種情況:(1)0階光束與二階串擾光束形成的干設;(2) -階串擾 與一階串擾形成的干設。
[007引在高精度標定裝置中引入0°起偏器,充分利用0°起偏器單一方向通光和極低消光 比的特性,可W對經過0°起偏器其他方向的光進行有效的過濾,減小雜峰的影響,獲得清晰 穩定的峰值圖譜。通過對0°起偏器的前后保偏尾纖施加不同焊接條件得到不同的一階干設 峰,進而調整二階干設峰的組合,獲得不同的高低峰值組合搭配,對0~-100地整個標定范 圍的實現精確標定的目的。另外,由于各個特征軸的禪合的多樣性,在同一焊點會存在多種 禪合途徑,導致45°起偏器與0°起偏器、0°起偏器與45°起偏器之間的部分二階禪合存在相 互抵消的情況。也就是說45°起偏器與0°起偏器、0°起偏器與45°起偏器之間只存在一階禪 合,在考慮高精度標定裝置禪合情況時,所有的二階禪合的結果均是兩段相疊加的結果。如 下表τ為光程相關器中兩臂光束的光程延遲量,P為各焊點的串擾系數,ε為0°起偏器的串擾 系數。對應到圖譜中的各峰,不同光程延遲量與相對峰之間,有如下峰位置與幅度表的關 系。
[0079] 為清楚地說明本發明基于高階串擾的0CDP白光標定裝置,結合實施例和附圖對本 發明作進一步說明,但不應W此限制本發明的保護范圍。
[0080] 用于光學相干偏振測量的標定裝置,如圖4所示。主要光電器件的選擇及其參數如 下:
[0081 ] (1)可調寬譜光源511的中屯、波長1550加1、半譜寬度大于45加1,出纖功率范圍0~ 2mW,消光比大于6地;
[0082] (2)lX2禪合器512工作波長為1550nm,消光比大于20地,插入損耗小于0.5dB,分 光比為2/98;
[0083] (3)光纖隔離器514的工作波長為1550nm,消光比為30地,插入損耗小于1地;
[0084] (4)45°起偏器531的工作波長為1550nm,消光比為30地,插入損耗小于IdB,輸入尾 纖為單模光纖,輸出為熊貓型保偏光纖;
[00化](5)45°起偏器535的工作波長為1550nm,消光比為30地,插入損耗小于IdB,輸入尾 纖為熊貓型保偏光纖,輸出為熊貓型保偏光纖;
[00化](6)45°檢偏器539的工作波長為1550nm,消光比為30地,插入損耗小于IdB,輸入為 熊貓型保偏光纖,輸出尾纖為單模光纖;
[0087] (7) 2 X 2禪合器541、544的工作波長為1550nm,插入損耗小于0.5地;
[0088] (8)偏振態控制器542的工作波長為1550nm,插入損耗為0.5地;
[0089] (9) Ξ端口環形器543的工作波長為1550nm,插入損耗為0.8地,隔離度大于50地;
[0090] (10)自聚焦準直透鏡545的工作波長為1550nm,它與可移動光學反射鏡546(反射 率為92% W上)之間的光程掃描距離大約在0~400mm之間變化,平均插入損耗為3.0地;
[0091] (11)探測器513、547、548的光敏材料均為InGaAs,光探測范圍為1100~1700皿,如 采用化W Fo州S公司的Nirvana?系列2017型平衡探測器。
[0092] (12)消光比測試儀的測量波長1260皿~1650皿,偏振消光比范圍0~50地,精度± 0.3 地。
[0093] 裝置1:用于光學相干偏振測量的標定裝置
[0094] 連接寬譜光源與功率監測裝置510、光程相關器540、偏振串擾檢測與信號記錄裝 置550。
[00M] 保偏光纖537、0°起偏器535的輸出尾纖u2、0°起偏器535的輸入尾纖ul、保偏光纖 533的長度分別選取為0.5m、0.3m、1.2m和0.7m。45°起偏器531的保偏輸出尾纖psl的尾纖長 度選為1.4m),45°檢偏器539的保偏輸入尾纖ps2的尾纖長度選為Im,
[0096]從0°起偏器535的輸入尾纖ul注入光束,輸出尾纖u2連接消光比測試儀,得到0°起 偏器535的消光比的值PER2;從0°起偏器535的輸出尾纖u2注入光束,保偏光纖533連接消光 比測試儀,0°起偏器535的輸入尾纖ul和保偏光纖533 Wo. 6°進行對準,得到0°起偏器535和 5 %點的總消光比的值PER2+3,從而可W得到5 34點的消光比的值PER3 = PER2+3 -PER2,調節 陽R3至-40地,然后焊接0°起偏器535的輸入尾纖ul和保偏光纖533。
[0097] 從0°起偏器535的輸入尾纖ul注入光束,保偏光纖537和0°起偏器535的輸出尾纖 u2W〇. 2°角進行對準,保偏光纖537連接消光比測試儀,得到0°起偏器535和537點的總消光 比的值陽R2+1,從而可W得到537點的消光比的值陽R3 =陽R2+廣陽R,調節陽Ri至-30地,然后 焊接保偏光纖537和0°起偏器535的輸出尾纖u2。通過W上步驟,確定一階需標定的Ξ個消 光比的值陽Ri、P邸2、陽化。
[0098] 將保偏光纖534與45°起偏器531的保偏輸出尾纖psl (尾纖長度為1.4m)0焊接;將 保偏光纖537與45°檢偏器539的保偏輸入尾纖(ps2)(尾纖長度為lm)0焊接;利用用(3)中測 量的立個需標定的一階消光比值PERi、PER2、PER3,可得到待標定的二階消光比值PER13 = 陽扣+陽化。
[0099] 打開寬譜光源511,調節偏振態控制器542和光學掃描器543至干設信號最大狀態。 驅動光程掃描器546,使用偏振串擾檢測與信號記錄裝置550對光程相關器540中不同掃描 距離的數據進行測量和記錄,進行數據處理,找出干設圖譜中峰的位置和高度。
[0100] 對測量的峰值進行比對,對應峰位置與幅度表中對應的位置和幅度,通過W上步 驟,完成標定。
【主權項】
1. 一種用于光學相干偏振測量的標定裝置,包括寬譜光源與功率監測裝置(510)、第一 光纖連接器(521)、第二光纖連接器(522)、高精度標定裝置(530)、光程相關器(540)、偏振 串擾檢測與信號記錄裝置(550),其特征在于:高精度標定裝置(530)由45°起偏器(531)、第 一保偏光纖(533)、0°起偏器(535)、第二保偏光纖(537)、45°檢偏器(539)組成;隔離器 (514)通過光纖連接器與45°起偏器(531)的單模端(si)相連,45°起偏器(531)的保偏端 (psl)與第一保偏光纖(533)相連,0°起偏器(535)的輸入尾纖(ul)與輸出尾纖(u2)分別與 第一保偏光纖(533)、保偏光纖(537)相連,45°檢偏器(539)的保偏輸入尾纖(ps2)與第二保 偏光纖(537)相連,測量光由45°檢偏器(539)的輸出尾纖(s2)輸出;寬譜光源與功率監測裝 置(510)通過光纖連接器(521)與高精度標定裝置(530)相連,將寬譜光束注入光程相關器 (540)的輸入口,光程相關器(540)的將最終的信號傳輸到偏振串擾檢測與信號記錄裝置 (550)中。2. 根據權利要求1所述的一種用于光學相干偏振測量的標定裝置,其特征在于:所述的 寬譜光源與功率監測裝置(510 ),由寬譜光源(511 )、1 X 2分束器(512 )、功率探測器(513)、 隔離器(514)組成;寬譜光源(511)產生的寬譜光通過IX 2分束器(512)與功率探測器(513) 和隔離器(514)相連,功率探測器(513)用于寬譜光源(511)的輸出功率監測。3. 根據權利要求1所述的一種用于光學相干偏振測量的標定裝置,其特征在于:所述光 程相關器(540),由2X2耦合器(541、544)、偏振態控制器(542)、環形器(543)、準直鏡 (545)、光程掃描器(546)、干涉信號探測器組成;從45°檢偏器(533)的單模端(s2)出射的寬 譜光與激光校正裝置(520)出射的激光均在2X2耦合器(541)的作用下均勻的分離到光程 相關器(530)固定臂和掃描臂中去;固定臂是有偏振態控制器(542)的一臂;掃描臂是有環 形器(543)、準直鏡(545)、光程掃描器(546)的一臂。4. 根據權利要求1所述的一種用于光學相干偏振測量的標定裝置,其特征在于:所述偏 振串擾檢測與信號記錄裝置(550)由信號處理單元(551)和電腦終端(552)構成。5. -種用于光學相干偏振測量標定裝置的動態范圍標定方法,其特征在于: (1) 從0°起偏器(535)的輸入尾纖(ul)注入光束,輸出尾纖(u2)連接消光比測試儀,得 到0°起偏器(535)的消光比的值PER 2; (2) 45°檢偏器(539)的保偏輸入尾纖(ps2)、保偏光纖(537)、0°起偏器(535)的輸出尾 纖(u2)、0°起偏器(535)的輸入尾纖(u 1)、保偏光纖(533)、45°起偏器(531)的保偏輸出尾纖 (psl)的長度分別選取為11、1 2、13、12、15和16;對于高精度標定裝置(530),各段保偏光纖的 長度需滿足:(3) 對于各光程掃描器的掃描光程范圍Δ L,滿足:Δ L>2(li+l2+l3+l4+l5+l6),并且光程 掃描范圍的中點選擇為兩干涉臂光程相等的位置,也就是最大峰值的位置; (4) 0°起偏器(535)的輸入尾纖(ul)和保偏光纖(533)以0:角(可根據自已需要設定)進 行對準,從0°起偏器(535)的輸出尾纖(u2)注入光束,保偏光纖(533)連接消光比測試儀,得 到0°起偏器(5 35)和(534)點的總消光比的值PER2+3,得到5 34點的消光比的值PER3 = PER2+3- PER2;判斷PER3是否在合適的范圍內,對消光比數值記錄并焊接,進行下一步;若不是,角度 對準進行調整; (5) 保偏光纖(537)和0°起偏器(535)的輸出尾纖(112)以02角進行對準,從〇°起偏器 (535)的輸入尾纖(ul)注入光束,保偏光纖(537)連接消光比測試儀,得到0°起偏器(535)和 保偏光纖(537)的總消光比的值PER 2+1,得到537點的消光比的值PER! = PER2+1-PER2;判斷 PER:是否在合適的范圍內,若是,對消光比數值記錄并焊接,進行下一步;若不是,角度對準 進行調整; 確定三個需標定的一階消光比值PER1、PER2、PER3,位置分別處于 Γ/1、:Γ/1+τ/2、 Γ/6處; (6) 將保偏光纖(534)與45°起偏器(531)的保偏輸出尾纖(psl)焊接,尾纖長度為16;將 保偏光纖(537)與45°檢偏器(539)的保偏輸入尾纖(ps2)焊接,尾纖長度為1 1; (7)得到待標 定的二階標定值PERiFPERi+PERs,位置處于' +r/2 +? +巧6處;對應峰的位置和幅度為: 干涉主峰光程延遲量的串擾系數為1;一階干涉峰光程延遲量為^^ +?、 s+氣:、的串擾系數分別為如、仍、£、_、此、£;二階干涉峰光 程延遲量為5+S+%、Γ,,+?λ、的串擾系數分別為PB+PD、 PA+PD > Pb+Pc > PA+PC ; (8) 連接寬譜光源與功率監測裝置(510)、光程相關器(540)、偏振串擾檢測與信號記錄 裝置(550); (9) 打開寬譜光源(511),調節偏振態控制器(542)和光學掃描器(543)至干涉信號最大 狀態;驅動光程掃描器(546),使用偏振串擾檢測與信號記錄裝置(550)對光程相關器(540) 中不同掃描距離的數據進行測量和記錄; (10) 進行最終數據處理,找出圖譜中干涉峰的位置和高度; (11) 利用步驟(4)、(5)中消光比測試儀測量的一階標定值對小消光比峰的位置和幅度 進行標定; (12) 利用步驟(7)中計算的二階標定值對大消光比進行標定。
【文檔編號】G01M11/02GK105823624SQ201610157526
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】苑勇貴, 梁帥, 楊軍, 吳冰, 彭峰, 李創, 喻張俊, 苑立波
【申請人】哈爾濱工程大學