光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置与抑制方法
【专利摘要】本发明提供的是一种光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置与抑制方法。宽谱光源发出宽谱光经过光隔离器后由起偏器起偏，起偏器与待测器件输入端0°对轴焊接，待测器件输出端与检偏器呈45°对轴焊接，检偏器通过光纤耦合器进入由光纤延迟线与偏振态连续旋转机构组成的解调干涉仪，再由第一光电转换器、第二光电转换器转换为电信号，通过差分电路后由计算机进行数据采集并计算输出。本发明具有不引入额外偏振器件、结构简单、控制过程简便，不需要考虑入射偏振态等优点，可用于提高光学相干偏振测量系统对光学器件偏振串扰检测的精度，也可用于抑制其他白光干涉测量中偏振衰落现象。
【专利说明】光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置与抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置，本发明也涉及一种光学相干偏振测量的偏振裳落抑制方法。
【背景技术】
[0002]光学相干偏振测量技术是一种高精度分布式偏振耦合测量技术，它主要用于光纤器件以及光纤陀螺等光纤传感器的分布偏振串扰的高精度检测。该测量技术基于白光干涉原理，通过扫描式光学干涉仪进行光程补偿，实现不同偏振模式间的干涉，可对偏振耦合点的空间位置、偏振耦合信号强度进行高精度的测量与分析。它具有结构简单，高空间分辨率、大测量范围、超高测量灵敏度、超大动态范围等优点，可以广泛用于保偏光纤制造、保偏光纤精确对轴、器件消光比测试、光纤陀螺研制等领域。由于它最为直接和真实地描述了信号光在光纤光路中的传输行为，特别适合于对光纤器件、组件，以及光纤陀螺等高精度、超高精度光纤传感光路的测试和评估。
[0003]光学相干偏振测量系统对偏振串扰检测的一个重要指标是精度，但由于光学相干偏振测量系统内部组成解调干涉仪的器件及光纤会随着系统运行产生的热量以及室温的变化发生微小的形变，这种微小的形变会导致光纤中的传输光产生微小的偏振态劣化现象，这种劣化会直接导致干涉峰产生波动，即会减小测量系统的检测精度。在白光干涉测量领域抑制这种由于偏振态劣化而导致的干涉峰波动现象主要有以下几种方法:1、全保偏光路法，该方法即通过采用全保偏光路来实现抗偏振衰落现象，但其缺点是损耗大偏振难以保持，而且由于系统的全保偏会使系统中引入不必要的杂散干涉峰，并不适用于光学相干偏振测量系统的检测。2、被动法拉第旋镜(FRM)消偏法，其实现方法为在Michelson干涉仪的两臂各焊接一个旋转角度为45°的反射式FRM，使干涉仪两臂中反射回的两束干涉光的偏振态相对于入射光向同一个方向旋转90°，得以保持两束光在输出端具有相同的偏振态，从而实现稳定的干涉，起到抗偏振衰落的效果。该方法是目前比较有效的一种抗偏振衰落的方法，但其应用仅限于迈克尔逊干涉仪，在对光学相干偏振测量系统进行光路设计时会产生额外的限制，不利于提高系统的检测精度及动态范围等指标。3、主动法拉第旋镜消偏法，由Kazumasa Takada在1999年提出，其方法是通过起偏器将干涉光的一路起偏后经过一只可调的FRM将光的偏振态分别调整为0°和90°，将这两种状态下的干涉光加和处理，即得到抗偏振衰落的干涉信号。由于光学相干偏振测量系统的检测原理需要在光源的输出端和解调干涉仪的输入端各串接一只起偏器，如果利用该方法在解调干涉仪的一臂额外在串接一个起偏器，势必会减少光源的利用率，同时还会增加系统的复杂度并引入不必要的杂散干涉峰。另外，在2002年11月5日由Tohru Mori和Kazumasa Takada等公布的美国专利“Polarization-1ndependent reflectometry and polarization-1ndependentreflectometer”中提到的抑制偏振衰落方法即属于主动法拉第旋镜消偏法，其偏振衰落抑制装置中使用了起偏器，并没有完全消除掉解调干涉仪光路中的偏振器件。4、偏振分集接收法，基本思想是利用两个或两个以上成一定夹角的检偏器在接收端对信号进行检测，通过若干成角度的检测信号提取出无偏振衰落的干涉信号。该方法抗偏振衰落是有效的，但其装置较复杂。
[0004]近年来还有其他一些抗偏振衰落方法的公开报道:2009年3月18日由赵瑞峰等人公开的“偏振衰落和相位衰落可控的迈克尔逊光纤传感器”专利，其中是在传感光路中串接两只偏振调制器来实现偏振衰落抑制，同时光路中采用双光源的方案，该方案引入额外器件较多，系统相对复杂，增加成本投入。2009年2月13日由王春华等人公开的“抗偏振衰落及相位噪声的全光纤Mach-Zehnder干涉仪”专利，其中实现方案是通过桥接级联光纤环链，实现光分量的空间路径分解，干涉检测结果是无数对相位差相同、光强相同、偏振态随机分布的微小想干光对的干涉结果的统计平均，该方案对光源功率利用率较低，光能损耗较大，不适用光学相干偏振测量系统的偏振衰落抑制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能提高测量系统对光学器件偏振串扰检测的精度的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置。本发明的目的还在于提供一种光学相干偏振测量的偏振衰落抑制方法。
[0006]本发明的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置包括宽谱光源101、光隔离器102、起偏器103、待测器件2、检偏器301、第一光纤稱合器302、第二光纤稱合器305、光程延迟线303、偏振态连续旋转机构304、第一光电转换器401、第一光电转换器402、差分电路403及控制计算机404，宽谱光源101发出宽谱光经过光隔离器102后由起偏器103起偏，起偏器103与待测器件输入端0°对轴焊接，待测器件输出端与检偏器301呈45°对轴焊接，检偏器301通过光纤耦合器302进入由光纤延迟线303与偏振态连续旋转机构304组成的解调干涉仪3，再由第一光电转换器401、第二光电转换器402转换为电信号，通过差分电路403后由计算机进行数据采集并计算输出。
[0007]本发明的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置还可以包括:
[0008]1、起偏器103的输入端为单模普通光纤,输出端为熊猫型保偏光纤。
[0009]2、检偏器301的输入端为熊猫型保偏光纤,输出端为单模普通光纤。
[0010]3、第一光纤稱合器302和第二光纤稱合器305为平衡式的3dB稱合器。
[0011]4、所述偏振态连续旋转机构304由半波片构成，半波片7置于自聚焦透镜6和反射镜8之间，自聚焦透镜6与反射镜8呈垂直放置，自聚焦透镜6的尾纤与环形器5相连，入射光从环形器5的输入端口输入，经过自聚焦透镜6并经反射镜8反射回自聚焦透镜后，由环形器的输出端口输出。
[0012]基于本发明的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置的抑制方法为:
[0013]由宽谱光源101发出宽谱光，经过光隔离器102后由起偏器103起偏，起偏器与待测器件输入端0°对轴焊接，待测器件输出端与检偏器301进行45°对轴焊接，通过第一光纤耦合器302进入由光纤延迟线303与偏振态连续旋转机构304组成的解调干涉仪3，偏振态连续旋转机构304对传输光进行O?360°的连续旋转和高速调整，后由第一光电转换器401、第二光电转换器402转换为电信号，通过差分电路403后由计算机进行数据采集并计算输出。
[0014]所述偏振态连续旋转机构304对传输光进行O?360°的连续旋转和高速调整包括:使偏振态旋转角度Θ经历从
【权利要求】
1.一种光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置，包括宽谱光源(101)、光隔离器(102)、起偏器(103)、待测器件(2)、检偏器(301)、第一光纤耦合器(302)、第二光纤耦合器(305)、光程延迟线(303)、偏振态连续旋转机构(304)、第一光电转换器(401)、第一光电转换器(402)、差分电路(403)及控制计算机(404)，其特征是:宽谱光源(101)发出宽谱光经过光隔离器(102)后由起偏器(103)起偏，起偏器(103)与待测器件输入端0°对轴焊接，待测器件输出端与检偏器(301)呈45°对轴焊接，检偏器(301)通过光纤耦合器(302)进入由光纤延迟线(303)与偏振态连续旋转机构(304)组成的解调干涉仪(3)，再由第一光电转换器(401)、第二光电转换器(402)转换为电信号，通过差分电路(403)后由计算机进行数据采集并计算输出。
2.根据权利要求1所述的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置，其特征是所述偏振态连续旋转机构(304)的组成为:半波片(7)置于自聚焦透镜(6)和反射镜(8)之间，自聚焦透镜(6)与反射镜(8)呈垂直放置，自聚焦透镜(6)的尾纤与环形器(5)相连，入射光从环形器(5)的输入端口输入，经过自聚焦透镜(6)并经反射镜(8)反射回自聚焦透镜后，由环形器的输出端口输出。
3.根据权利要求2所述的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置，其特征是:起偏器(103)的输入端为单模普通光纤，输出端为熊猫型保偏光纤。
4.根据权利要求3所述的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置，其特征是:检偏器(301)的输入端为熊猫型保偏光纤，输出端为单模普通光纤。
5.根据权利要求1所述的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置，其特征是:第一光纤耦合器(302 )和第二光纤耦合器(305 )为平衡式的3dB耦合器。
6.基于权利要求1所述的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制装置的抑制方法，其特征是: 由宽谱光源(101)发出宽谱光，经过光隔离器(102)后由起偏器(103)起偏，起偏器与待测器件输入端0°对轴焊接，待测器件输出端与检偏器(301)进行45°对轴焊接，通过第一光纤耦合器(302)进入由光纤延迟线(303)与偏振态连续旋转机构(304)组成的解调干涉仪(3)，偏振态连续旋转机构(304)对传输光进行O~360°的连续旋转和高速调整，后由第一光电转换器(401)、第二光电转换器(402)转换为电信号，通过差分电路(403)后由计算机进行数据采集并计算输出。
7.根据权利要求6所述的光学相干偏振测量的偏振衰落抑制方法，其特征是所述偏振态连续旋转机构(304)对传输光进行O~360°的连续旋转和高速调整包括:使偏振态旋转角度Θ经历从O≤ θ <2π不断变化，通过计算机(404)采集任意偏振态相差π/2的四个白光干涉峰值，分别为Iφ,Iφ+π/2,Iφ+3π/2经过计算得:
【文档编号】G01M11/02GK103940588SQ201410105302
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】杨军, 苑勇贵, 彭峰, 吴冰, 苑立波 申请人:哈尔滨工程大学