用于测量集成光波导偏振消光比的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种用于测量集成光波导偏振消光比的装置及方法，该装置包括低偏振度宽光谱光源、偏振分束白光干涉仪以及信号检测和处理系统；其中，所述偏振分束白光干涉仪包括偏振分束器、参考臂、移动臂以及偏振合束器构成；通过采用光纤偏振分束器来实现两个正交偏振光的分离，并对偏振分束白光干涉仪各个保偏器件进行合理地连接，解决了基于分幅干涉仪结构的干涉合束后发生多次耦合和多点互耦合的难题，实现了对集成光波导的偏振消光比特征点进行精确定位和定量运算，消除了光源功率波动对测量结果的影响。
【专利说明】用于测量集成光波导偏振消光比的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电器件测量【技术领域】，尤其涉及一种用于测量集成光波导偏振消光 比的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 光纤陀螺作为新一代高精度惯导系统的关键传感器，已经广泛应用于应用在航天 航空、舰船、导弹等军事领域。但是在高精度光纤陀螺中，因需对非工作偏振光进行强抑制 以减小光纤环偏振串音造成的非互易性相位偏差对光纤陀螺零偏输出的影响，需要集成光 波导具备很高的偏振消光比。
[0003]目前集成光波导本身的偏振消光比无法通过传统的消光比测试仪进行测量和校 准，一则因为市场上消光比测试仪的测量极限也就在45分贝（dB)左右，而集成光波导的偏 振消光比的典型值就达60dB，消光比测试仪根本无法对其测量；二则即使消光比测试仪的 测量指标能够达到60dB，但目前消光比测试仪都是通过保偏光纤跳线与集成光波导进行连 接，因此，在进行消光比测量时，保偏光纤跳线与集成光波导之间的偏振轴的角度无法做到 零角度匹配。如果使用消光比测试仪进行测量，则得到的消光比值是从光源到消光比测试 仪之间所有保偏器件的整体消光比值，而与集成光波导本身的偏振消光比60dB相差甚远。 因此，目前消光比测试仪无法测量集成光波导本身的偏振消光比。因无法准确获知器件本 身偏振消光比参数，只能仅凭整体消光比指标，所以在工程应用最后组装中容易出现次品， 如此导致的返工,费时、费力。
[0004] 申请号为"201310744466. 8"的发明专利申请提供了一种集成波导调制器的双通 道光学性能测试装置及其偏振串音识别与处理方法，该方法就是将待测器件的保偏光纤输 出端与解调干涉仪保偏光纤输入端进行45°的对轴角度连接，使得保偏光纤慢轴中偏振能 量和快轴中的耦合能量通过一个2X2光纤耦合器均匀分成2束，并分别在解调干涉仪的固 定臂和扫描臂中传输。其测量方法还是基于马赫一曾德尔光纤结构的分幅干涉原理。
[0005] 该结构的解调干涉仪存在以下缺点：
[0006] (1)无法消除由于两个干涉臂中耦合能量之间发生干涉而在测量结果中出现的 "伪耦合点"，其位置和能量与被测器件中的耦合能量之间的位置和各自能量有关，并且"伪 耦合点"极易与集成光波导的偏振消光比混淆，从而导致无法准确对集成光波导的偏振消 光比进行定位和定量。
[0007] (2)测试装置在原理上虽能够同时测量集成Y波导两个输出端偏振消光比，但结 构复杂，且测量条件中，波导芯片的光程小于波导芯片输出尾纤的光程，导致最后的测量曲 线中，波导芯片的测量点进入输出尾纤的偏振耦合范围内，与输出尾纤内部真实的耦合点、 甚至是"伪耦合点"之间极易产生混淆，同样存在无法准确对集成光波导的偏振消光比进行 定位和定量的技术难题。
[0008] 申请号为"200410094123. 2"的发明专利申请提供了一种高双折射保偏光纤弱模 耦合测量仪及控制方法，其设计的一种高精度高双折射保偏光纤弱模耦合测量仪，包括被 测光纤、偏振态调整机构和麦克尔逊干涉仪，偏振态调整机构带动半波片旋转实现偏振光 方向的调整；将偏振信号和耦合信号的方向调整到与检偏棱镜的透光轴夹角45度的位置。 被测光纤输出光信号经偏振调整机构后，将偏振信号和耦合信号投影等比例的投影到检偏 棱镜的透光轴上，然后进入干涉仪后分幅干涉。
[0009] 该弱模耦合测试仪基于麦克尔逊干涉仪结构设计的保偏光纤偏振耦合强度分布 参数测量系统，其控制方法的缺点是：
[0010] (1)无法消除光源功率波动对测量结果的影响，偏振耦合强度的测量准确度低； [0011] (2)无法消除"伪耦合点"，对集成光波导的偏振消光比的定位和定量困难。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是针对现有测量集成光波导偏振消光比方法的不足，提供一种用于 测量集成光波导偏振消光比的装置及方法，通过采用光纤偏振分束器来实现两个正交偏振 光的分离，并对马赫一曾德尔干涉仪各个保偏器件进行合理地连接，以解决基于分幅干涉 仪结构的干涉合束后发生多次耦合和多点互耦合的难题，实现对集成光波导的偏振消光比 特征点进行精确定位和定量运算，消除光源功率波动对测量结果的影响。
[0013] 为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种用于测量集成光波导偏振消光 比的装置，其包括：
[0014] 低偏振度宽光谱光源、偏振分束白光干涉仪以及信号检测和处理系统；其中，所述 偏振分束白光干涉仪包括偏振分束器、参考臂、移动臂以及偏振合束器构成；
[0015] 所述低偏振度宽光谱光源的输出端与光纤分束器的输入端连接；所述光纤分束器 的第一输出端与集成光波导的输入端连接；所述光纤分束器的第二输出端通过第一光电探 测器与所述信号检测和处理系统连接；所述集成光波导的输出端与所述偏振分束器的输入 端连接；所述偏振分束器的两个输出端分别与所述参考臂的输入端以及所述移动臂的输入 端相连；所述参考臂的输出端及所述移动臂的输出端分别连接所述偏振合束器的两个输入 端；所述偏振合束器的的输出端通过第二光电探测器与所述信号检测和处理系统连接。
[0016] 可选的，所述移动臂的控制输入端与所述信号检测和处理系统连接。
[0017] 进一步的，还包括消偏匹配光纤，连接于所述光纤分束器的第一输出端与所述集 成光波导的输入端之间，用于保证进入所述集成光波导的光为非偏振光；
[0018] 其中，所述消偏匹配光纤由两段光纤类型相同、等长度的保偏光纤跳线组成，第一 段保偏光纤的慢轴与第二段保偏光纤的快轴进行对轴连接，或第一段保偏光纤的快轴与第 二段保偏光纤的慢轴进行对轴连接。
[0019] 优选的，所述消偏匹配光纤与所述集成光波导的输入端之间通过第一保偏光纤连 接；所述集成光波导的输出端与所述偏振分束器之间通过第二保偏光纤连接；
[0020]其中，所述第一保偏光纤的快慢轴之间的时延τi、所述第二保偏光纤的快慢轴之 间的时延τ2以及所述集成光波导本身的快慢轴之间的时延Ttl之间满足：
[0021] τ〇 >τJ+τ2。
[0022] 优选的，所述第一保偏光纤的长度I1、所述第二保偏光纤的长度I2以及所述集成 光波导本身的长度1〇之间满足：
[0023] ΔηΧ(I^l2) <An0Xl0 ；
[0024] 其中，Λη为所述第一保偏光纤快慢轴及第二保偏光纤快慢轴的折射率差，Antl为 集成光波导快慢轴折射率差。
[0025] 优选的，所述第一保偏光纤快慢轴及第二保偏光纤快慢轴的折射率差An为 0. 0005;所述集成光波导快慢轴折射率差Antl为0. 08。
[0026] 优选的，所述偏振分束白光干涉仪中的光纤器件间都采用保偏光纤前后对接；各 对接点的对轴精度在1度以内；各光纤器件内部的消光比大于25dB，且所述偏振分束器的 消光比大于30dB。
[0027] 优选的，所述偏振分束器用于将进入所述第二保偏光纤快慢轴中的能量分开，使 慢轴能量进入所述参考臂，使快轴能量进入所述移动臂；其中，所述参考臂为一段保偏光 纤；所述移动臂为电动光延迟器。
[0028] 又一方面，本发明实施例提供了一种使用上述任一项所述的装置测量集成光波导 偏振消光比的方法，包括：
[0029]在所述偏振分束干涉仪等臂状态下为时间延迟零点，即此状态下τC1= 0,所述移 动臂从时间延迟-τC1处,扫描到+τ^处；
[0030] 所述第一光电探测器和所述第二光电探测器同时实时分别记录光电信号，并对该 光电信号进行放大、滤噪处理，并将处理后的光电信号发送给所述信号检测和处理系统；所 述信号检测与处理系统将所述光电信号进行处理，得到偏振消光比测量曲线，在该偏振消 光比测量曲线中，包括多个干涉峰；
[0031] 取最左端的干涉峰作为集成光波导偏振消光比干涉峰，并根据该集成光波导偏振 消光比干涉峰得到集成光波导偏振消光比的值。
[0032] 进一步的，所述多个干涉峰从左到右分别为：集成光波导偏振消光比干涉峰、光纤 偏振分束器分束点干涉峰、光纤偏振分束器与集成光波导输出尾纤对接点干涉峰、集成光 波导输出尾纤内部对接点干涉峰及集成光波导输出端与输出尾纤对接点干涉峰；
[0033] 所述多个干涉峰对应的耦合点的耦合强度值为：
[0034]
【权利要求】
1. 一种用于测量集成光波导偏振消光比的装置，其特征在于，包括： 低偏振度宽光谱光源、偏振分束白光干涉仪以及信号检测和处理系统；其中，所述偏振 分束白光干涉仪包括偏振分束器、参考臂、移动臂以及偏振合束器构成； 所述低偏振度宽光谱光源的输出端与光纤分束器的输入端连接；所述光纤分束器的第 一输出端与集成光波导的输入端连接；所述光纤分束器的第二输出端通过第一光电探测器 与所述信号检测和处理系统连接；所述集成光波导的输出端与所述偏振分束器的输入端连 接；所述偏振分束器的两个输出端分别与所述参考臂的输入端以及所述移动臂的输入端相 连；所述参考臂的输出端及所述移动臂的输出端分别连接所述偏振合束器的两个输入端； 所述偏振合束器的的输出端通过第二光电探测器与所述信号检测和处理系统连接。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述移动臂的控制输入端与所述信号检测 和处理系统连接。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括消偏匹配光纤，连接于所述光纤分束 器的第一输出端与所述集成光波导的输入端之间，用于保证进入所述集成光波导的光为非 偏振光； 其中，所述消偏匹配光纤由两段光纤类型相同、等长度的保偏光纤跳线组成，第一段保 偏光纤的慢轴与第二段保偏光纤的快轴进行对轴连接，或第一段保偏光纤的快轴与第二段 保偏光纤的慢轴进行对轴连接。
4. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述消偏匹配光纤与所述集成光波导的输 入端之间通过第一保偏光纤连接；所述集成光波导的输出端与所述偏振分束器之间通过第 二保偏光纤连接； 其中，所述第一保偏光纤的快慢轴之间的时延τi、所述第二保偏光纤的快慢轴之间的 时延τ2以及所述集成光波导本身的快慢轴之间的时延Tci之间满足： τ〇> τ ^ τ2。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，集成光波导工作在快轴传输模式，所述第一 保偏光纤的长度I1、所述第二保偏光纤的长度I2以及所述集成光波导本身的长度Itl之间满 足： AnX(Ijl2) <An0Xl0; 其中，An为所述第一保偏光纤快慢轴及第二保偏光纤快慢轴的折射率差，Antl为集成 光波导快慢轴折射率差。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一保偏光纤快慢轴及第二保偏光纤 快慢轴的折射率差Λη为0. 0005 ;所述集成光波导快慢轴折射率差Antl为0. 08。
7. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振分束白光干涉仪中的光纤器件间 都采用保偏光纤前后对接；各对接点的对轴精度在1度以内；各光纤器件内部的消光比大 于25dB，且所述偏振分束器的消光比大于30dB。
8. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述偏振分束器用于将进入所述第二保偏 光纤快慢轴中的能量分开，使慢轴能量进入所述参考臂，使快轴能量进入所述移动臂；其 中，所述参考臂为一段保偏光纤；所述移动臂为电动光延迟器。
9. 一种使用权利要求1-8任一项所述的装置测量集成光波导偏振消光比的方法，其特 征在于： 在所述偏振分束干涉仪等臂状态下为时间延迟零点，即此状态下τ^ = 0,所述移动臂 从时间延迟-τ^处,扫描到+τ^处； 所述第一光电探测器和所述第二光电探测器同时实时分别记录光电信号，并对该光电 信号进行放大、滤噪处理，并将处理后的光电信号发送给所述信号检测和处理系统；所述信 号检测与处理系统将所述光电信号进行处理，得到偏振消光比测量曲线，在该偏振消光比 测量曲线中，包括多个干涉峰； 取最左端的干涉峰作为集成光波导偏振消光比干涉峰，并根据该集成光波导偏振消光 比干涉峰得到集成光波导偏振消光比的值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个干涉峰从左到右分别为：集成光 波导偏振消光比干涉峰、光纤偏振分束器分束点干涉峰、光纤偏振分束器与集成光波导输 出尾纤对接点干涉峰、集成光波导输出尾纤内部对接点干涉峰及集成光波导输出端与输出 尾纤对接点干涉峰； 所述多个干涉峰对应的耦合点的耦合强度值根据下式进行计算：
其中，其中hn表示从所述集成光波导输出端开始的第η个耦合点的耦合强度值，1"为 第η个耦合点的干涉包络信号的最大值，Itl为第一光电探测器的测量值，Γ^为无干涉信 号时，第二光电探测器的测量值。
【文档编号】G01M11/02GK104458212SQ201410723806
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】郑光金, 王高, 王恒飞, 陈坤峰, 李国超 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所, 中北大学