的相乘可清除由串扰峰展宽引起的色散。本实验采用长 为1. 05km的保偏光纤环进行，该实验证明，本方法可有效地改善空间分辨率和串扰测量精 度，而且可W容易地并入分析软件。所描述的技术可用于多种应用，如得到超过几百米长的 保偏光线圈精确的偏振串扰值，也可用于外部触发串扰和此类串扰测量。
[0073] 图4示出一个用于测量保偏光纤环的装置。该装置可集成为分布式偏振串扰分析 仪。偏振宽带光源301发出的光101被禪合到光学双折射介质（如保偏光纤）110的一个 主偏振轴上。此类偏振光源301可实行多种配置，如宽带光源和起偏器的组合。在图4的 例子中，偏振宽带光源301采用了一个短相干长度的偏振超级发光二极管光源（SLED)。光 101在A点被引导到慢轴方向，其为输入光纤连接器用于连接保偏光纤环110。保偏光纤环 110在输出连接器C处终止，起偏器120与两主偏振轴成一定夹角，如45。参照图2B，起偏 器120接收保偏光纤环110的部分输出光并将其两个正交偏振混合在一起。
[0074] 保偏光纤环是一种双折射介质，它提供了沿保偏光纤快轴和慢轴两种正交偏振模 式。在输入点A，光101的输入偏振与保偏光纤的偏振轴之一（如慢轴）对准。离开光纤 双折射介质110的光输出信号被引导至干设仪230,得到两个正交偏振模之间的光学干设。 干设仪230产生一个干设信号312。光电探测器150将信号312转换成带有光学干设信息 的探测器信号。数据采集装置或数据采集卡值A曲330将探测器信号转变成数据；处理器 340 (如微处理器或电脑）用于接收上述数据和处理已得光干设信息，从而得到两个正交偏 振模式间偏振串扰的包络谱函数。值得注意的是，该处理器340应用一种补偿功能编程，能 减小由双折射介质中光学双折射色散引起的包络谱函数的频谱展宽，运种补偿功能基于所 述光学双折射介质110到包络谱函数的测量值。
[00巧]如图4所示，干设仪230是基于光纤的干设仪，包括一个光纤禪合器310,其有四 个光纤端口 ：端口 1作为干设仪输入口，接收来自偏光器120的光；端口 2是干设仪输出端 口，输出信号312 ;端口 3用于连接到干设仪230的第一光路；端口 4用于连接到干设仪230 的第二光路。光纤禪合器310将来自起偏器120的光束分成两束，第一束向端口 3和第一 光路传播，第二束光向端口 4和第二光路传播。第一光路包括一个光纤，其在第一个法拉第 反射镜321处终止；法拉第反射镜321具有将光束的偏振旋转45°的功能，所W其反射光 的偏振上会产生一个90°的旋转。同样地，第二光路包括一个光纤，其在第二个法拉第反射 镜322处终止，反射光偏振产生90°的旋转。随后，第一光路和第二光路的反射光束在光纤 禪合器310处混合，由于二者间的光程差导致了干设。运是一个迈克尔逊干设仪。可变延 迟装置323用于控制两路径之间的相对延迟。在图3中，可变延迟元件323被放在第一光 路调控相对延迟，响应来自处理器340的延迟控制信号342,处理器会作为控制装置进一步 操作。在操作中，可变延迟元件323进行扫描，W操作该干设仪230作为扫描迈克尔逊干设 仪。
[0076] 图4中的例子，在保偏光纤环的B点，偏振串扰由外部干扰因素引起，一些光从保 偏光纤环110沿慢轴的初始偏振禪合到沿快轴，其W禪合系数h= 11/12禪合，h代表了两 偏振间的强度比或功率比，其中II和12分别是快轴和慢轴的功率。图4的例子中，在光纤 环110的B点，外部干扰引起一偏振串扰，一些原来沿慢轴的偏振光W禪合系数h= 11/12 禪合到快轴，II和12分别是快轴和慢轴的功率。因为沿快轴的光偏振比沿慢轴传播的快， 在光纤环110的输出点C，快光分量比慢光分量超前AnZ，其中An是保偏光纤环110的群 双折射，Z是串扰点B和纤维端C间的长度。光学起偏器120放置在光纤输出端与慢轴成 45°角，在扫描迈克尔逊干设仪230上两个相同偏振方向的分量上产生干设。扫描相对光 程，当偏振器件空间重合时会出现一个干扰峰，当其分开超过一个光源301的相干长度干 扰峰消失。位置B是串扰发生点，可由式Z=AZ/AN计算，串扰振幅h可由干扰信号振 幅得到。图4示出在A、B、C=个位置的一系列信号，图解了沿慢轴和快轴的偏振分量。
[0077] 串扰峰（干设峰）的包络线受到光源301的光谱分布和保偏光纤110的双折射色 散A D影响。假如SL邸301有高斯谱型，串扰包络线（相干度）丫双折射色散函数A D和 串扰点的距离Z推导：
[0082] 上述方程式，d是扫描迈克尔逊干设仪的路径不平衡，P是沿保偏光纤的累计双 折射色散，C是真空光速，AA和A。分别是谱宽和光源中屯、波长，AP是两偏振本征模的 传播常数差，wO是色散P为0时干设包络的1/e宽。该宽度也是光源的相干长度。依公 式（11)，参数5d可通过改变干设仪中延迟线的路程差d进行调整。当路径失衡d补偿两 偏振模式间的光程差AnZ，会出现干设信号。当光程失衡d补偿光程差AnZ时，出现干设 信号。式（11)和式（13)表明，测量的串扰包络的量级和波形是AD和Z的函数。双折射 色散AD在串扰测量中的降解效果是串扰包络振幅和线形加宽的减小。
[0083] 显而易见的是，双折射色散的影响可通过将串扰测量值和色散补偿函数K(P)直 接相乘去除：
[0085] 因此，将式（14)和式（10)相乘，原始的串扰包络可被完全还原： CN 1051巧436 A 化W干i 11/化页
[0087] 为获得补偿函数，首先需得到双折射色散AD或P。公式（10)拟合出包络线展宽 和双折射色散间关系：
[0089] 因此，通过测量串扰包络线在光纤输入端狂=L)和输出端狂=0)宽度，可W很 容易地计算双折射色散AD。实际应用中，为提高AD的精度，需测量保偏光纤在多个位置 的串扰包络线的宽度，通过曲线拟合式（16)得到AD。
[0090] 图5是一个由图4得到的保偏光纤线圈的偏振串扰曲线，它反映了双折射色散对 测量串扰峰的影响，W及如何补偿去掉运些影响。在最左和最右的峰对应于由输出和输入 连接器A和C引起的串扰。两者间的小峰是在光纤缠绕过程中应力引起的串扰。右侧插入 的实线表明双折射色散产生两个不利影响：（1)包络线展宽（2)发生在串扰连接器A处串 扰峰幅度的减小。虚线表明串扰的包络线和振幅在色散补偿后得到修复。特别地，经色散 补偿，输入连接器处的谱峰宽度是34.lum，它与零色散狂=0)的输出连接器C引起的左边 峰宽32. 4um非常接近。
[0091] 图6示出了测量的谱宽作为距离Z的函数，通过使用图4所示的系统进行了各种 实验。沿待测光纤不同位置进行了多个偏振串扰点的测量。测量值清楚地表明，由双折射 色散的影响，谱宽的二次方与距离Z成正比。该特性与式（16) -致。在运种测试条件下， 由于双折射色散的谱线加宽使得距离超过200米的偏振串扰测量的空间分辨率降低。
[0092] 对式（16)的数据最小二乘拟合可精确得到保偏光纤的双折射色散AD为 O.OOHps/(km皿)。将拟合值AD带入式（14)，完成色散补偿函数。色散补偿函数和原始 的测量串扰数据相乘，可达到改进的串扰数据，消除了偏振串扰对双折射色散AD的依赖。
[0093] 图6A示出沿保偏光纤不同地点的压力导致的串扰峰的包络线宽。图6A中的正方 形表示经色散补偿后的谱宽，圆点表示未经色散补偿的谱宽。图6B是输入连接器和六个不 同长度保偏光纤巧m，205m，405m，605m，805m、1005m)的串扰测量值。输入连接器的串扰是 固定的，5段200米的光纤被顺序地拼接到输入连接器的尾端W增加色散。偏振串扰振幅由 于双折射色散随光纤长度减小，并且在进行补偿后得到修复。
[0094] 所W，色散补偿技术能有效减缓串扰振幅的减小和由色散引起的谱线加宽。同样 地，基于偏振串扰分析仪在干设仪中使用宽带光源（如白光），运种补偿技术能有效提高串 扰振幅的空间分辨率和测量精度。
[0095] 对于图4示出的传感器设备装置，偏振超级发光二极管（SLED)具有短相干长度 (如约25ym)并被禪合到待测保偏光纤（即T)(点A)的慢轴。图4说明，在另一位置点B， 偏振串扰由外扰诱发，它会使一些最初在慢轴偏振的光W禪合系数参数h=I1/I2禪合到快 轴，Ii和12分别代表快轴和慢轴的光强。由于沿快轴偏振的光比沿慢轴片真的光传播地快， 在光纤输出端，较快的光分量比慢光分量超前AZ=AnZ，AZ是光程差，An是光纤群折 射率，Z是串扰发生点度）和输出点（C)间的光纤长度。偏振片放置在光纤输出端。与慢轴 成45°的偏振片放置在光纤末端。慢轴和快轴的偏振分量投影到偏振片的相同方向，从而 在扫描迈克尔逊干设仪上产生两分量的干设图样。扫描相对光程，若两个偏振分量在空间 上重叠，出现干设峰；当其分开超过一个光源（如SL邸）相干长度时，干设峰消失。串扰点 B的位置和输出点C可由式Z=AZ/An计算。如果存在多个偏振串扰点超出图4所示的 B位置，会出现二阶干扰峰，运是由于在串扰点禪合到快轴的光会在后续的串扰点禪合回慢 轴。运样的二阶禪合可引起串扰鬼峰，并导致白光干设混乱。图4的传感器是一个无鬼峰 分布式偏振串扰分析仪，在装置内部使用一个差分群延时（延时装置）去除二阶禪合中的 干设鬼峰，使得能够精确识别和测量大量无歧义的偏振串扰。
[0096] 基于上述描述的特性，保偏光纤可W嵌入在传感器衬底作应力传感元件，应变场 可引起保偏光纤的偏振串扰。串扰变化可看作一个指示器，反应了施加在保偏光纤上外部 压力/应变的变化。偏振串扰对施加在保偏光纤上的横向压力更敏感，相比，对轴向应变或 压力不太敏感。因此，图4的传感器可W测量横向应变。但在许多应用中带测量通常与轴 向应变/压力有关，如结构检测。下面讲到的技术和装置将轴向应变/压力转变成横向压 力，使如图4中的装置和其他基于传感机制的传感器设备能检测和监控轴向应变/压力分 布，从而测量轴向力学参数。例如，横向压力或轴向应变都可用本文件公开的传感器条/片 进行测量。 阳097]图7A、7B