专利名称：使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法和装置，属于光纤通信、光纤传感、仪器仪表领域。
背景技术：
保偏光纤(PMFPolarization Maintaining Fiber)是一类具有重要使用价值的特种光纤，对线偏振光具有较强的偏振保持能力，并且与普通单模光纤有良好的兼容性，广泛应用于光纤陀螺、高精度相位型光纤水听器、干涉型光纤传感器以及相干光通信、偏振复用光通信、保偏光纤放大器等众多领域。要求光信号在光纤中传输足够长的距离后，在输出端仍能保持输入端原先的偏振态不变，如果传输过程中导致输出端光波偏振相差π/2，结果将造成信号严重劣化，因此保偏光纤的拍长等参数及其温度特性的测试非常重要。
保偏光纤只允许和其主轴方向一致的光的偏振模在其中传输。所以，决定保偏光纤光学特性的参数不但有和普通单模光纤相同的如模场直径、截止波长等，还有决定其保偏性能的参数如双折射、拍长及消光比等。其中，双折射的测量简单直观，且能较好的反映光纤保偏能力的强弱，保偏光纤的其它参数通过双折射可以很容易地简单计算得到。
目前，测量拍长主要有以下几种方法①散射法即直接观察法；②剪断法；③扭转法；④磁光或电光调制法；⑤侧向压力法等。这些测试需要偏振的激光源，调整输入光的偏振态使之与被测保偏光纤的主轴对齐。为了保证输入光的偏振态与保偏光纤的夹角尽可能的小，需要起偏棱镜、准直透镜等分立元件，调整非常困难，这些元器件本身的消光比、双折射限制了测试的精度；另外测试时间长，容易产生误差。
在微弯的作用下，在光纤上形成长周期光栅。光纤传输的基模LP01模要向包层模耦合，耦合方程如下dAcodz=iσ1μ-01cl-coAco+iΣμk1μ-01cl-coBμclexp(-i2δ1μ-01cl-coz)---(1)]]>Σ[dBμcldz=-ik1μ-01cl-coAcoexp(i2δ1μ-01cl-coz)]---(2)]]>其中，A、B为正反方向传输模的幅度，cl表示包层，co表示纤芯，μ指模的阶次，σ为自耦合系数，k为互耦合系数，失配系数为δ1μ-01cl-co≡12(β01co-β1μcl-2πΛ)---(3)]]>其中，β为传输常数，A为长周期金属光栅的周期，由(3)式可得长周期光栅的相位匹配条件为β01co-β1μcl=2πΛ---(4)]]>从公式(1)～(4)可以推出长周期光栅把能量从芯模耦合到包层模的传输透射功率的强度和波长位置。
对于保偏光纤，基模由x偏振分量和y偏振分量组成，在长周期光栅的同阶次耦合包层模中会分裂成不同波长位置。不失一般性，不妨设x偏振分量为慢轴，那么同阶次耦合模波长差为
Δλ1=(nco01x-ncl0lx)Λ-(nco01y-ncl0ly)Λ=(neff0lx-neff0ly)Λ---(5)]]>同阶次波长差可以通过光谱仪检测得到，长周期金属光栅的周期已知，可以得到保偏光纤的双折射为B=neff0lx-neff0ly=Δλl/Λ---(6)]]>得到了保偏光纤的双折射，保偏光纤的其它与偏振特性相关的参数很容易通过已知的关系得到。
发明内容
目前测量保偏光纤的拍长需要偏振的激光源，调整输入光的偏振态使之与被测保偏光纤的主轴对齐。为了保证输入光的偏振态与保偏光纤的夹角尽可能的小，需要起偏棱镜、准直透镜等分立元件，调整非常困难，这些元器件本身的消光比、双折射限制了测试的精度。另外测试时间长，容易产生误差。
为了克服上述测试方法的不足，本发明提供一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法和装置。
保偏光纤拍长、双折射、保偏光纤温度稳定性等偏振相关参数的测量方法包含一个宽带光源；一个锯齿型金属长周期光栅，该光栅由上下两部份组成，上部分为公，下部分为母，母为一个V型槽，公的锯齿部分与母的V型槽相匹配，公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；在金属长周期光栅的两端有固定夹子固定保偏光纤；金属长周期光栅上下两部份置于同一底板上，光栅上下两部份的咬合程度由旋转精密丝杠，在金属长周期光栅上施加压力来控制；金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中。金属长周期光栅在施力机构的作用下，压迫保偏光纤，在保偏光纤上有规律地形成微弯曲，在保偏光纤中传输的光由于微弯耦合到包层中损耗掉，在光谱仪检测到的输入光的透射谱将出现一些凹陷，凹陷出现的位置由金属光栅的周期与保偏光纤的有效折射率共同决定。由于双折射的存在，同阶耦合模将分裂，在光谱仪上显示有波长差，通过这个波长差及其金属光栅的周期就可以求出保偏光纤的双折射，通过测得的双折射进而得到保偏光纤的偏振相关的其它参数。改变温度控制系统的温度就可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的装置，包括宽带光源；固定保偏光纤的夹子；金属长周期光栅含有锯齿的上部分，即公的部分；金属长周期光栅含有V型槽的下部分，即母的部分；上下两部分的锯齿与V型槽相匹配，金属长周期光栅上实现施力控制的精密丝杠；放置金属长周期光栅的底板；保偏光纤；光谱仪；温度控制器；其特征是公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；金属长周期光栅的上下两部份置于同一底板上；在金属长周期光栅的两端安装固定保偏光纤的夹子；在宽带光源与光谱仪之间接入一段保偏光纤；保偏光纤的一部分放置在金属长周期光栅的中间；金属长周期光栅上下两部份咬合，金属长周期光栅两端的固定夹子固定保偏光纤；金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起位于温度控制器中，通过光谱仪检测保偏光纤中长周期光栅的信号。
温度控制器为德国Weiss Umwelttechink公司生产的Temperature TestCabinet，型号WT1-180/40；光谱仪为ANDO生产的Optical Spectrum Analyzer，型号AQ6317。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法，包括如下步骤步骤1制备一个锯齿型金属长周期光栅，该光栅由上下两部份组成，上部分为公，下部分为母，母为一个V型槽，公的锯齿部分与母的V型槽相匹配，公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；步骤2在金属长周期光栅的两端安装固定保偏光纤的夹子；步骤3金属长周期光栅上下两部份置于同一底板上；步骤4在宽带光源与光谱仪之间接入一段保偏光纤；步骤5将接入保偏光纤的一部分放置在金属长周期光栅的中间；步骤6将光栅上下两部份咬合，并用金属长周期光栅两端的固定夹子固定保偏光纤；步骤7金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中；步骤8旋转精密丝杠，在金属长周期光栅上施加压力，压迫保偏光纤，在保偏光纤上有规律地形成微弯曲，即在保偏光纤上形成长周期光栅；步骤9通过光谱仪检测保偏光纤中长周期光栅的同阶次耦合包层模所分裂成的不同波长位置，获得同阶次波长差，长周期金属光栅的周期已知，可以得到保偏光纤的双折射。
步骤10通过测得的双折射进而得到保偏光纤的偏振相关的其它参数。改变温度控制系统的温度就可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
本发明的优点是克服了目前测量保偏光纤的拍长需要偏振的激光源，调整输入光的偏振态使之与被测保偏光纤的主轴对齐的技术难度。克服了为保证输入光的偏振态与保偏光纤的夹角尽可能的小，需要起偏棱镜、准直透镜等分立元件，调整非常困难的问题。双折射的测量简单直观，且能较好的反映光纤保偏能力的强弱，保偏光纤的其它参数通过双折射可以很容易地简单计算得到。此外，改变温度控制系统的温度还可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。本发明还具有结构紧凑、易于实施、响应速度快、测试精度高和测量准确等特点。
图1为使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的装置示意图。图1中11为宽带光源；21，22，23，24为固定保偏光纤的夹子；31为金属长周期光栅含有锯齿的上部分；32为金属长周期光栅含有V型槽的下部分；上下两部分的锯齿与V型槽相匹配；33为金属长周期光栅上的精密丝杠；34为放置金属长周期光栅的底板；41为保偏光纤；51为光谱仪；61为温度控制器。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
实施例1本发明不涉及保偏光纤的制作等，这些均为他人专利或者文献报道者拥有。
如图1所示，一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法，具体实施方案有如下步骤步骤1制备一个锯齿型金属长周期光栅，该光栅由上下两部份组成，上部分为公(31)，下部分为母(32)，母为一个V型槽，公的锯齿部分与母的V型槽相匹配，公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；步骤2在金属长周期光栅的两端安装固定保偏光纤的夹子(21，22，23，24)；步骤3金属长周期光栅上下两部份置于同一底板上(34)；步骤4在宽带光源(11)与光谱仪(51)之间接入一段保偏光纤(41)；步骤5将接入保偏光纤的一部分放置在金属长周期光栅的中间；步骤6将光栅上下两部份咬合，并用金属长周期光栅两端的固定夹子固定保偏光纤；步骤7金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中(61)；步骤8旋转精密丝杠(33)，在金属长周期光栅上施加压力，压迫保偏光纤，在保偏光纤上有规律地形成微弯曲，即在保偏光纤上形成长周期光栅；步骤9通过光谱仪检测保偏光纤中长周期光栅的同阶次耦合包层模所分裂成的不同波长位置，获得同阶次波长差，长周期金属光栅的周期已知，可以得到保偏光纤的双折射；步骤10通过测得的双折射进而得到保偏光纤的偏振相关的其它参数。改变温度控制系统的温度就可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
实施例2本发明提出的一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法，可以通过改变温度控制系统的温度得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
具体实施方案有如下步骤步骤1-步骤6与实施例1相同。
步骤7金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中(61)，将温度控制器的温度设定为T1；
步骤8-步骤10与实施例1相同，获得温度为T1时，保偏光纤的一组特性参数；步骤11改变温度控制器的温度，将其设定为T2，重复步骤8-步骤10，获得温度为T2时，保偏光纤的一组特性参数；步骤12设定温度变化的步长，依次类推，可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
实施例3如图1所示，测试装置的组成包括宽带光源(11)；固定保偏光纤的夹子(21，22，23，24)；金属长周期光栅含有锯齿的上部分(31)，即公的部分；金属长周期光栅含有V型槽的下部分(32)，即母的部分；上下两部分的锯齿与V型槽相匹配。金属长周期光栅上的精密丝杠(33)；放置金属长周期光栅的底板(34)；保偏光纤(41)；光谱仪(51)；温度控制器(61)。温度控制器为德国Weiss Umwelttechink公司生产的Temperature TestCabinet，型号WT1-180/40；光谱仪为ANDO生产的Optical SpectrumAnalyzer，型号AQ6317。
各结构之间的连接和作用方式如下锯齿型金属长周期光栅由上部份(31)、下部份(32)组成，上部分(31)为公，公为锯齿部分，下部分(32)为母，下部分(32)为一个V型槽，上部分(31)的锯齿部分与下部分(32)的V型槽相匹配，上部分(31)的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；金属长周期光栅的上下两部份置于同一底板(34)上；在金属长周期光栅的两端安装固定保偏光纤(41)的夹子(21，22，23，24)；在宽带光源(11)与光谱仪(51)之间接入一段保偏光纤(41)；将接入保偏光纤(41)的一部分放置在金属长周期光栅的中间；将金属长周期光栅上下两部份咬合，并用金属长周期光栅两端的夹子(21，22，23，24)固定保偏光纤(41)；金属长周期光栅和被测保偏光纤(41)的部分一起置于温度控制器(61)中；旋转精密丝杠(33)，在金属长周期光栅上施加压力，压迫保偏光纤(41)，在保偏光纤(41)上有规律地形成微弯曲，即在保偏光纤(41)上形成长周期光栅；通过光谱仪(51)检测保偏光纤(41)中长周期光栅的同阶次耦合包层模所分裂成的不同波长位置，获得同阶次波长差，长周期金属光栅的周期已知，可以得到保偏光纤(41)的双折射。通过测得的双折射进而得到保偏光纤(41)的偏振相关的其它参数。改变温度控制器(61)的温度就可以得到保偏光纤(41)偏振温度相关的特性。
采用实施例1或实施例2的步骤，一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法中，保偏光纤的横截面结构可以为以下任意一种椭圆芯、或“D”型、或“熊猫”型、或“蝴蝶结”型、或“扁平”型。
金属长周期光栅的制作材料为金属材料，可选择任意满足强度的金属材料，无特殊要求；金属长周期光栅由上下两部分组成，上部分为公，下部分为母，母为一个V型槽，公的锯齿部分与母的V型槽相匹配；需要根据测量的波长范围，确定金属长周期光栅中公的相邻锯齿间的距离，即光栅周期不是任意选定的；金属长周期光栅两端有固定夹子固定保偏光纤，且夹子对保偏光纤不施力；金属长周期光栅上下两部份置于同一底板上，且光栅上下两部份的咬合由旋转精密丝杠，在金属长周期光栅上施加压力来控制；锯齿型长周期金属光栅测量保偏光纤参数的方法和装置，有一个宽带光源，有光谱仪；锯齿型长周期金属光栅测量保偏光纤参数的方法和装置，需要将金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中，改变温度控制系统的温度可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性；旋转精密丝杠，在金属长周期光栅上施加压力，压迫保偏光纤，在保偏光纤上有规律地形成微弯曲，在保偏光纤中传输的光由于微弯耦合到包层中损耗掉，在光谱仪检测到的输入光的透射谱将出现一些凹陷，凹陷出现的位置由金属光栅的周期与保偏光纤的有效折射率共同决定，由于双折射的存在，同阶耦合模将分裂，在光谱仪上显示有波长差；锯齿型长周期金属光栅测量保偏光纤参数的方法的用途，可以实现保偏光纤拍长、双折射、保偏光纤温度稳定性等偏振相关参数的测量。
权利要求
1.一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的方法，其特征是包括如下步骤步骤1制备一个锯齿型金属长周期光栅，该光栅由上下两部份组成，上部分为公，下部分为母，母为一个V型槽，公的锯齿部分与母的V型槽相匹配，公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；步骤2在金属长周期光栅的两端安装固定保偏光纤的夹子；步骤3金属长周期光栅上下两部份置于同一底板上；步骤4在宽带光源与光谱仪之间接入一段保偏光纤；步骤5将接入保偏光纤的一部分放置在金属长周期光栅的中间；步骤6将光栅上下两部份咬合，并用金属长周期光栅两端的固定夹子固定保偏光纤；步骤7金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中；步骤8旋转精密丝杠，在金属长周期光栅上施加压力，压迫保偏光纤，在保偏光纤上有规律地形成微弯曲，即在保偏光纤上形成长周期光栅；步骤9通过光谱仪检测保偏光纤中长周期光栅的同阶次耦合包层模所分裂成的不同波长位置，获得同阶次波长差，长周期金属光栅的周期已知，可以得到保偏光纤的双折射；步骤10通过测得的双折射进而得到保偏光纤的偏振相关的其它参数，改变温度控制系统的温度就可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
2.根据权利要求1所述的测量方法中待测量的保偏光纤，其特征是保偏光纤的横截面结构可以为以下任意一种椭圆芯、或“D”型、或“熊猫”型、或“蝴蝶结”型、或“扁平”型。
3.根据权利要求1所述的测量方法中的金属长周期光栅，其特征是需要根据测量的波长范围，确定金属长周期光栅中公的相邻锯齿间的距离。
4.根据权利要求1所述的测量方法中的金属长周期光栅，其特征是金属长周期光栅上下两部份置于同一底板上，且光栅上下两部份的咬合由旋转精密丝杠，在金属长周期光栅上施加压力来控制。
5.根据权利要求1所述的锯齿型长周期金属光栅测量保偏光纤参数的方法，其特征是金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中，改变温度控制系统的温度可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。
6.一种使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数的装置，包括宽带光源；固定保偏光纤的夹子；金属长周期光栅含有锯齿的上部分，即公的部分；金属长周期光栅含有V型槽的下部分，即母的部分；上下两部分的锯齿与V型槽相匹配，金属长周期光栅上的精密丝杠；放置金属长周期光栅的底板；保偏光纤；光谱仪；温度控制器；其特征是公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；金属长周期光栅的上下两部份置于同一底板上；在金属长周期光栅的两端安装固定保偏光纤的夹子；在宽带光源与光谱仪之间接入一段保偏光纤；保偏光纤的一部分放置在金属长周期光栅的中间；金属长周期光栅上下两部份咬合，金属长周期光栅两端的固定夹子固定保偏光纤；金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起位于温度控制器中；通过光谱仪检测保偏光纤中长周期光栅的信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是金属长周期光栅为金属材料。
8.根据权利要求1所述的锯齿型长周期金属光栅测量保偏光纤参数的方法的用途，其特征是实现保偏光纤拍长、双折射、保偏光纤温度稳定性等偏振相关参数的测量。
全文摘要
使用锯齿型金属长周期光栅测试保偏光纤参数方法和装置，涉及到保偏光纤拍长、双折射、保偏光纤温度稳定性等偏振相关参数的测量。包含宽带光源；锯齿型金属长周期光栅，该光栅由公的锯齿部分与母的V型槽相匹配，公的相邻锯齿间的距离为光栅周期，决定测量的波长范围；金属长周期光栅和被测保偏光纤的部分一起置于温度控制器中。由于双折射的存在，同阶耦合模将分裂，在光谱仪上显示有波长差，通过波长差及其金属光栅的周期就可以求出保偏光纤的双折射，通过测得的双折射进而得到保偏光纤的偏振相关的其它参数。改变温度控制系统的温度就可以得到保偏光纤偏振温度相关的特性。具有结构紧凑、易于实施、响应速度快、测试精度高和测量准确等特点。
文档编号G01D5/26GK101034036SQ200710098760
公开日2007年9月12日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者裴丽, 赵瑞峰, 祁春惠, 宁提纲, 童治, 刘艳, 谭中伟, 延凤平 申请人:北京交通大学