专利名称：一种光偏振检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电子技术领域，特别是涉及一种光偏振检测仪。
背景技术：
随着光纤通信、光纤传感技术的飞速发展，光纤中光偏振态的检测具有越来 越重要的意义。传统的光偏振态是通过提取待测光的斯托克斯矢量获得的，根据 斯托克斯矢量的定义，具体提取方法为利用波片和检偏器组成光学系统，通过 反复移动或旋转波片到4个不同的位置，得到4个方程，求解方程组即可解出斯 托克斯矢量。但是，上述方法采用的光偏振检测仪体积庞大，特别是在检测过程 中需要手动调整波片的位置或角度，无法实现实时检测，因此很大程度上限制了 该方法的应用范围。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种体积小、稳定性高、成本低，并能 够实时检测光纤中光偏振态的光偏振检测仪。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种光偏振检测仪，其特征在 于，它包括 一偏振补偿单元，其作为待测光的输入通道，并调整输出光与输入 光具有相同的偏振态； 一分集接收单元，其将所述偏振补偿单元输出的光信号分 成三路偏振方向不同的光信号，并将所述三路偏振方向不同的光信号转化为电流 信号输出； 一预处理单元，其将所述分集接收单元输出的三路所述电流信号转化 为电压信号并放大输出； 一信号处理单元，其将所述预处理单元输出的三路所述 电压信号进行模数转换后，计算出所述待测光的偏振态并输出； 一显示单元，用 于显示所述信号处理单元输出的光偏振态。
所述信号处理单元包括 一数字采集卡，将所述预处理单元输出的三路所述 电压信号进行模数转换；一PC主机，其内预置有一信号处理模块，所述信号处理 模块将来自所述数字采集卡的三路数字信号依次转化为所述待测光的光矢量、斯 托克斯矢量，再依据得到的所述斯托克斯矢量计算出所述待测光的偏振态。
所述偏振补偿单元包括两传输光纤，以及连接在所述两光纤之间的一使输出 光与输入光的偏振态相同的偏振控制器。
所述偏振控制器为手动式偏振控制器。
所述分集接收单元包括一分束器、三偏振片和三探测器，所述分束器将所述偏振补偿单元中光纤输出的一束光变为三路光，所述偏振片使所述三路光的偏振 方向相差一角度，所述探测器将所述三路偏振方向不同的光信号转化为电流信号。
所述三偏振片的偏振方向分别为O。 、 60° 、 120° 。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本发明设置了偏振
补偿单元、分集接收单元和预处理单元，并将偏振补偿单元、分集接收单元和预
处理单元均封装在一尺寸为30ci^25cr^llcm的机箱中，预处理单元通过机箱上的 输出接口连接一用于检测待测光偏振态的信号处理单元，因此光学结构简单紧凑， 体积小，成本低，易于推广。2、由于本发明只需要将待测光输入偏振补偿单元， 经偏振补偿单元的相位补偿后，直接进入分集接收单元分成三路偏振方向不同的 光，并转化为电信号输送给预处理单元，由光信号转化成电压信号并放大后，进 入信号处理单元，由模拟信号转化为数字信号进行信号处理，得到待测光的偏振 态，整个检测过程不需要人工干预，检测时间小于ls，因此可以实现实时偏振态 检测。3、由于本发明的信号处理单元内预置有一信号处理模块，因此可以快速地 对光偏振态进行检测。4、由于本发明的偏振补偿单元中的偏振控制器为手动式偏 振控制器，在实际检测时仅需要预先使用一标准偏振发生仪对仪器进行标定，标 定后只要保证两段连接光纤完全固定，仪器就会始终稳定在标准状态，对两段连 接光纤所引入的光偏振变化进行相位补偿，使输出光与输入光的偏振态相同，因 此提高了检测稳定性。5、由于本发明的偏振补偿单元、分集接收单元和预处理单 元均用螺钉固定在机箱里，因此进一步提高了检测的稳定性。6、由于本发明的分 集接收单元包括一分束器、三偏振片和三探测器，分束器可以将偏振补偿单元中 光纤输出的一束光变为三路光，偏振片使所述三路光的偏振方向各相差60。，因 此可以保证三路输出在包含相应方向光场信息的同时，无论待测光偏振态如何变 化，至少有一路输出光强不为零，提高了检测的稳定性。7、由于本发明的输入接 口采用了标准FC/PC-FC/APC接头，因此可以方便地与已有光纤应用系统连接，同 时可以将待测光偏振态实时显示在邦加球上，非常直观。本发明能够实时检测光 纤中光偏振态，而且体积小，成本低，可以广泛应用在较小或不规则空间中。
图1是为本发明的实施例总体结构示意图 图2为本发明的信号处理模块的工作流程图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一偏振补偿单元l、 一分集接收单元2、 一预处理单元3、 一信号处理单元4和一显示单元5。 一束待测光进入偏振补偿单元1后，经 过分集接收单元2分成三路偏振方向不同的光信号并转化为电流信号后，输送给 预处理单元3转化成电压信号并放大，之后进入信号处理单元4内被转化为数字 信号，经信号处理后得到待测光的偏振态，待测光的偏振态在显示单元5上同步 显示。本实施例中，偏振补偿单元l、分集接收单元2和预处理单元3均通过螺钉 固定封装在尺寸为30cr^25ciiMlcra的机箱6中，输入接口7和输出接口8、 9、 10 设置在机箱6上，输入接口 7为标准FC/PC-FC/APC接头，输出接口 8、 9、 10为 标准同轴电缆接头SMA插座。显示单元5可以为一显示屏，也可以为其它显示设 备。
偏振补偿单元1包括两传输光纤11，及两光纤11之间连接的一偏振控制器 12。其中，偏振控制器12为手动式偏振控制器，用于对两段连接光纤11所引入 的光偏振变化进行相位补偿，使输出光与输入光的偏振态相同。实际检测时，需 要预先使用一标准偏振发生仪对仪器进行标定，标定方法是调整手动偏振控制器 12，使得仪器偏振检测结果与标准偏振发生仪产生的输入光偏振状态相同，即可 认为连接光纤的影响已被完全抵消。标定后，只要保证两段连接光纤11完全固定， 仪器会始终稳定在标准状态。本实施例中，光纤ll均为带0.9mm塑料护套的单模 光纤，偏振控制器12为General Photonics⑧公司的PLC-002，可工作在1550nm， 插入损耗小于0.05dB，消光比大于40dB。
分集接收单元2可采用Optiphas^公司的偏振分集器件PDR-15，其工作波长 为1550nm。分集接收单元2内包括一分束器21、三偏振片22、 23、 24和三探测 器25、 26、 27。分束器21为3*3分束器，其将偏振补偿单元1输出的一束光变为 三路光。偏振片22、 23、 24的偏振方向相差一角度，本实施例中的偏振方向分别 为0° 、 60° 、 120° ，这样可以保证三路输出在包含相应方向光场信息的同时， 无论待测光偏振态如何变化，至少有一路输出光强不为零。探测器25、 26、 27均 采用InGaAs PIN管，用于将光信号转化为电流信号。
预处理单元3采用一电路板，其将分集接收单元2输出的三路电流信号转化 为电压信号，并进行放大处理。
信号处理单元4包括一数字采集卡41和一 PC主机42，数字采集卡41的型 号为研华PCI-1714，安装在PC主机42的机箱上。数字采集卡41将预处理后的三 路模拟电压信号转化为数字信号，输送给PC主机42。 PC主机42型号为研祥 801A(Intel Core 2 Duo CPU, 2G RAM),其内预置有一信号处理模块，信号处理 模块根据输入的三路数字信号，计算出待测光的偏振态。如图2所示，信号处理模块计算待测光的偏振态的具体步骤如下 1)将三路光强/,、 /2、 /3转化为待测光的光矢量对于任意偏振态的完全偏 振光信号，其偏振状态均可以用参量^、 ^及^表示，其中A为待测光的光电场
矢量在x轴上的振幅分量，^为待测光的光电场矢量在y轴上的振幅分量，-为y
分量超前x分量的相位.
设定待测光分成的三路光强分别为/、
则:
<formula>formula see original document page 6</formula>V/,(2/2+2/广/) 其中0取值范围为O ;r。
2)将步骤l)中的光矢量转化为斯托克斯矢量得到A、 ^ 斯托克斯矢量的定义，斯托克斯矢量的4个参量的计算表达式为:
-之后，根据
<formula>formula see original document page 6</formula>3)将步骤2)中的斯托克斯矢量转化为邦加球坐标待测光偏振态邦加球坐 标的公式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
(O，甲)即为待测光偏振态对应的点在邦加球面上的坐标，亦为显示单元5上显示的 待测光的偏振态信息。
依上所述，仅为本发明的一种较佳实施方式，本领域技术人员可依据本发明 说明书、权利要求书与附图迸行修改与等效变换，这样的修改与变换均不应排除 在本发明的范围之外。
权利要求
1、一种光偏振检测仪，其特征在于它包括一偏振补偿单元，其作为待测光的输入通道，并调整输出光与输入光具有相同的偏振态；一分集接收单元，其将所述偏振补偿单元输出的光信号分成三路偏振方向不同的光信号，并将所述三路偏振方向不同的光信号转化为电流信号输出；一预处理单元，其将所述分集接收单元输出的三路所述电流信号转化为电压信号并放大输出；一信号处理单元，其将所述预处理单元输出的三路所述电压信号进行模数转换后，计算出所述待测光的偏振态并输出；一显示单元，用于显示所述信号处理单元输出的光偏振态。
2、 如权利要求1所述的一种光偏振检测仪，其特征在于，所述信号处理单元包括-一数字采集卡，将所述预处理单元输出的三路所述电压信号进行模数转换；一PC主机，其内预置有一信号处理模块，所述信号处理模块将来自所述数字采集卡的三路数字信号依次转化为所述待测光的光矢量、斯托克斯矢量，再依据得到的所述斯托克斯矢量计算出所述待测光的偏振态。
3、 如权利要求2所述的一种光偏振检测仪，其特征在于所述偏振补偿单元包括两传输光纤，以及连接在所述两光纤之间的一使输出光与输入光的偏振态相同的偏振控制器。
4、 如权利要求1所述的一种光偏振检测仪，其特征在于所述偏振补偿单元包括两传输光纤，以及连接在所述两光纤之间的一使输出光与输入光的偏振态相同的偏振控制器。
5、 如权利要求3或4所述的一种光偏振检测仪，其特征在于所述偏振控制器为手动式偏振控制器。
6、 如权利要求1或2或3或4所述的一种光偏振检测仪，其特征在于所述分集接收单元包括一分束器、三偏振片和三探测器，所述分束器将所述偏振补偿单元中光纤输出的一束光变为三路光，所述偏振片使所述三路光的偏振方向相差一角度，所述探测器将所述三路偏振方向不同的光信号转化为电流信号。
7、 如权利要求6所述的一种光偏振检测仪，其特征在于所述三偏振片的偏振方向分别为0。 、 60° 、 120° 。
全文摘要
本发明涉及一种光偏振检测仪，它包括一偏振补偿单元，其作为待测光的输入通道，并调整输出光与输入光具有相同的偏振态；一分集接收单元，其将所述偏振补偿单元输出的光信号分成三路偏振方向不同的光信号，并将所述三路偏振方向不同的光信号转化为电流信号输出；一预处理单元，其将所述分集接收单元输出的三路所述电流信号转化为电压信号并放大输出；一信号处理单元，其将所述预处理单元输出的三路所述电压信号进行模数转换后，计算出所述待测光的偏振态并输出；一显示单元，用于显示所述信号处理单元输出的光偏振态。本发明体积小、稳定性高、成本低，并能够对光纤中光偏振态进行实时检测，可以广泛应用在较小或不规则空间中。
文档编号G01J4/04GK101672696SQ20091009260
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者廖延彪, 敏 张, 王利威, 谢尚然, 黄志能 申请人:清华大学