一种单模光纤线性双折射测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种单模光纤线性双折射测量装置及方法，属于单模光纤偏振测量技 术领域。
【背景技术】
[0002] 单模光纤可W传输两个具有相同传播常数的正交偏振模式，它们经过相互简并后 能够形成单一的偏振光矢量；然而，在单模光纤的实际使用中，由于受到单模光纤内部残余 应力、纤忍楠圆度和外界溫度波动等因素的影响，正交偏振模式的传播常数不再相同，运两 个模式在传输过程中将产生附加的相位差，导致其合成偏振沿光纤的长度方向发生变化， 出现双折射现象。
[0003] 如果单模光纤对线偏振光的两个正交偏振分量的传播常数不同，则将出现线性双 折射现象；如果单模光纤对输出的左旋和右旋圆偏振光的传播常数不同，则将出现圆双折 射现象。
[0004] 研究表明：圆双折射现象可W利用其互易性进行消除；而线性双折射常见于各种 精密光学传感系统（比如光纤电流互感器），由此产生的偏振误差往往很难消除，极大地降 低传感系统的稳定性。因此，为了有效消除单模光纤线性双折射引起的偏振误差，需要研究 线性双折射的准确测量方法。 阳0化]现有技术1公开了一种双折射测量装置（公开号为CN102706809A)包括W下部 件：采用方波调制的准直光源、圆起偏器、双折射样品、沃拉斯顿棱镜和双象限探测器等； 在运个装置中，双折射样品传播由圆起偏器形成的圆偏振光，根据线性双折射和圆双折射 的定义可知，在双折射样品中主要出现圆双折射，而非线性双折射，换言之，该装置更适用 于圆双折射的测量；另外，该装置的测量精度直接取决于圆起偏器的性能，其信号处理方法 将双折射样品的双折射主轴与沃拉斯顿棱镜的偏振主轴进行同轴假设，在实际运用中具有 较大的局限性。
[0006] 现有技术2(参见"基于波长扫描调制法测量保偏光纤的偏振特性"，王韩毅等，《光 电子激光》，第18卷第11期）描述了一种基于波长扫描调制法的线性双折射测量装置，该 装置由宽带可调谐激光器、渗巧光纤放大器、偏振分光棱镜、待测光纤、沃拉斯顿棱镜和光 功率计等组成，其工作原理是通过测量输出光波信号随波长的归一化功率，获取线性双折 射与波长的调制关系曲线，在此基础上，利用拟合算法计算出线性双折射，然而，由于单模 光纤存在着色散问题，运种装置的测量精度非常有限。
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种单模光纤线性双折射测量装置及 方法，极大提高单模光纤线性双折射的测量精度、同时结构简单能够广泛应用在实际操作 中。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单模光纤线性双折射测量装 置，它包括：
[0009] 偏振光源、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤、偏振分束 器、光功率计W及工控机；
[0010] 所述偏振光源的输出尾纤位于第一准直透镜的焦点，第一旋光晶体安置在第一准 直透镜与第二准直透镜之间，第一旋光晶体上绕制第一螺线管，第一螺线管与第一可调直 流电源连接；
[0011] 所述待测单模光纤的一端位于第二准直透镜的焦点，另一端位于第=准直透镜的 焦点；第二旋光晶体安置在第=准直透镜和第四准直透镜之间，第二旋光晶体上绕制第二 螺线管，第二螺线管与第二可调直流电源连接；
[0012]所述偏振分束器的输入尾纤I位于第四准直透镜的焦点、输出尾纤I、II均与光 功率计连接；
[0013] 所述光功率计与工控机通过RS232数据线连接。
[0014] 所述偏振光源输出消光比为40地的线偏振光，它的输出尾纤1-1为长度1.Om的 熊猫型保偏光纤。
[0015] 所述的第一准直透镜、第一旋光晶体和第二准直透镜在空间上相对独立，=者的 轴屯、位于同一直线上并具有相同高度。
[0016] 所述的第=准直透镜、第二旋光晶体和第四准直透镜在空间上相对独立，=者的 轴屯、位于同一直线上并具有相同高度。
[0017] 所述的待测单模光纤为长度3.Om的单模光纤。
[0018]所述的偏振分束器的输入尾纤为长度0. 3m的单模光纤、输出尾纤I、II均为长度 1.Om的熊猫型保偏光纤。
[0019] 所述的光功率计的工作波长范围为800nm-1700nm、具备双采集通道和RS232接 口、采样频率为4096化。
[0020] 所述的第一准直透镜输出束腰直径为2. 1mm的平行线偏振光束，第一准直透镜和 第二准直透镜的间距为20mm，第一旋光晶体的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数为 r/A;第一螺线管的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制应数为36应。
[0021] 所述的第=准直透镜输出束腰直径为2. 1mm的平行楠圆偏振光束，第=准直透镜 和第四准直透镜的间距为20mm，第二旋光晶体的通光孔径为5mm，长度为15mm，费尔德常数 为r/A;第二螺线管的长度为15mm，截面半径为5mm，绕制应数为36应。
[0022] 一种单模光纤线性双折射测量方法，包括W下步骤：
[0023] 1、所述的偏振光源输出线偏振光，经过第一准直透镜后形成平行线偏振光束，当 第一可调直流电源向第一螺线管通入电流时，所形成的平行线偏振光束在垂直进入第一旋 光晶体后发生偏振面旋转，并经过第二准直透镜汇聚进入待测单模光纤；
[0024] 2、由于待测单模光纤存在线性双折射，输入的线偏振光在经过待测单模光纤后演 化成楠圆偏振光输出；输出的楠圆偏振光经过第=准直透镜形成平行楠圆偏振光束，当第 二可调直流电源向第二螺线管通入电流时，所形成的平行楠圆偏振光束垂直进入第二旋光 晶体后发生偏振面旋转，并经过第四准直透镜汇聚进入偏振分束器的输入尾纤；
[00巧]3、偏振分束器将输入的楠圆偏振光分解成正交的两束线偏振光，经过偏振分束器 的输出尾纤I、II进入功率计测量；
[00%] 4、光功率计将测量得到的两路正交信号数据通过RS232数据线传送到工控机上 处理；
[0027] 其中，经过四次测量，分别为：
[002引 1)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流111, 111为750mA，使得输入第一旋光 晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°;
[0029] 第二可调直流电源向第二螺线管通入电流Ii2,Ii2为1500mA，使得输入第二旋光晶 体的平行楠圆偏振光束的偏振面旋转45°;在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路 正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
[0030] outputl=cos(2a+45° )sin2k-sin(2a+45°)cos2kcos5
[0031] 其中，a为偏振光源的输出尾纤的偏振主轴与待测单模光纤的双折射主轴之间的 夹角，K为待测单模光纤的双折射主轴和偏振分束器的偏振主轴之间的夹角，5为待测单 模光纤的线性双折射；
[0032] 2)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流121，121为2250mA，使得输入第一旋 光晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°; 阳03引第二可调直流电源向第二螺线管通入电流122, 122为1500mA，使得输入第二旋光晶 体的平行楠圆偏振光束的偏振面旋转45° ;在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路 正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
[0034] output2=-sin(2a+45° )sin2k-cos(2a+45°)cos2kcos5
[0035] 3)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流I31，I31为750mA，使得输入第一旋光 晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°;
[0036] 第二可调直流电源向第二螺线管通入电流132, 132为3000mA，使得输入第二旋光晶 体的平行楠圆偏振光束的偏振面旋转90°;在工控机上根据外差法对光功率计传送的两路 正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：
[0037] outpu1:3=-cos (2 a+45°)cos2K-sin (2 a+45° )sin2Kcos 5
[0038] 4)第一可调直流电源向第一螺线管通入电流I41，I41为2250mA，使得输入第一旋 光晶体的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°;
[0039] 第二可调直流电源向第二螺线管通入电流142, 142为3000mA