一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法
【专利摘要】本发明属于光纤测量技术领域，具体涉及到一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法。本发明包括宽谱光源与功率监测装置510、第一光纤连接器521、第二光纤连接器522、高精度标定装置530、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装置550。使用特定长度和对准角度的保偏光纤搭建标定装置，可对测量峰的位置和幅度进行精确定位；利用多个串扰点的二阶干涉峰，可对较低峰值进行精确定位。利用不同的标定梯度，提高标定精度和准确性。
【专利说明】
-种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定 方法
技术领域
[0001] 本发明属于光纤测量技术领域，具体设及到一种用于光学相干偏振测量的标定装 置及其动态范围标定方法。
【背景技术】
[0002] 偏振光学器件是构成高精度光学测量与传感系统的重要组成部分，目前光学器件 性能测试与评价方法和装置落后的现状，严重阻碍了高精度光学测量与传感系统的发展。 例如：高精度光纤巧螺的核屯、器件一-妮酸裡集成波导调制器(俗称Y波导）的忍片消光比 已经达到80地W上；而常用的偏振性能检测仪器一-消光比测试仪，通常的检测分辨率在 50地左右(按照能量定义，即为105)，分辨率最高的为美国地m化tics公司研制Model 4810 型偏振消光比，测量仪测量极限也仅有72地。
[0003] 光学相干域偏振测量技术(0CDP)是一种高精度分布式偏振禪合测量技术，它基于 宽谱光干设原理，通过扫描式光学干设仪进行光程补偿，实现不同偏振模式间的干设，可对 偏振串扰的空间位置、偏振禪合信号强度进行高精度的测量与分析，进而获得光学偏振器 件的消光比、拍长等重要参数。0CDP技术作为一种非常有前途的分布式光学偏振性能的检 测方法，被广泛用于保偏光纤制造、保偏光纤精确对轴、器件消光比测试等领域。与其他如： 偏振时域反射技术(P0TDR)、光频域反射技术(0FDR)、光相干域反射技术(0CDR)等分布式检 测方法与技术相比，0CDP技术具有结构简单、高空间分辨率(5~10cm)、大测量范围（测量长 度几公里）、超高测量灵敏度(禪合能量-80~-100地）、超大动态范围（108~l〇iD)等优点，非 常有希望发展成为一种高精度、通用化测试技术和系统。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，所W特别适合于对光纤器件、组件，W及光纤巧螺等高精 度、超高精度干设型光纤传感光路进行测试和评估。
[0004] 20世纪90年代初，法国Herve Lefevre等人[Method for the detection of polarization couplings in a birefringent optical system and application of this method to the assembling of the components of an optical system,US Patent 4863631]首次公开了基于白光干设原理的OCDP系统，它采用超福射发光二极管 (化D)作为光源和空间干设光路作为光程相关测量结构。法国化otonetics公司根据此专利 研制了WIN-P 125和WIN-P 400两种型号0CDP测试系统，主要用于较短（500m)和较长 (1600m)保偏光纤的偏振特性分析。其主要性能为偏振串扰灵敏度为-70dB、动态范围为 70地，后经过改进，灵敏度和动态范围分别提升到-80地和80地。
[0005] 2011年，天津大学张红霞等人公开了一种光学偏振器件偏振消光比的检测方法和 检测装置（中国专利申请号：201110052231.3)，同样采用空间干设光路作为0CDP的核屯、装 置，通过检测禪合点的禪合强度，推导出偏振消光比。该装置适用于保偏光纤、保偏光纤禪 合器、偏振器等多种光学偏振器件。与化rve Lefevre等人的方案相比，技术性能和指标相 近。
[0006] 同年，美国通用光电公司（General Photonics Coloration)的姚晓天等人公开 了一种用于保偏光纤和光学双折射材料中分布式偏振串扰测量的全光纤测量系统 (US20110277552,Measuring Distributed Polarization Crosstalk in Polarization Mainlining Fiber and Optical Birefringent Material),利用在光程相关器之前增加 光程延迟器，抑制偏振串扰测量时杂散白光干设信号的数量和幅度。该方法可W将全光纤 测量系统的偏振串扰灵敏度提高到-95地，但动态范围保持在75地。
[0007] 2012年，本发明
【申请人】公开了一种提高光学器件偏振串扰测量性能的装置及方法 (中国专利申请号CN201210379407.0)和一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置 (CN201210379406.6)，采用全光纤光程相关器结构，增加偏振分束和在线旋转连接功能，抑 制拍噪声，有效提高测量灵敏度，在相关器中增加法拉第旋光器，增加光源的稳定性，提高 光源功率的利用率，W上两种装置均适用于多种偏振器件的性能测试。与美国通用光电公 司相比，可W将测量系统的偏振串扰灵敏度提高到-95地的同时，使动态范围保持在优于 95地。灵敏度已经接近测量极限，主要受限于光源的相对强度噪声。在不改变光路结构、优 化元件参数的强度下，测量灵敏度将无法进一步得到提升。
[0008] 2013年，本发明
【申请人】提出了一种大扫描量程光学相干域偏振测量装置（中国专 利申请号CN201310736313.4)，使用多个连续式光程扩展单元级联，并使单元中的扫描光学 器件成对出现，实现光程扫描扩展，抑制扫描器强度浮动对测量的影响。主要解决的问题是 如何提高偏振串扰测量的准确度和稳定性，测量灵敏度性能没有改善。
[0009] 2014年，本发明
【申请人】提出了一种可抑制干设噪声的光学相干偏振测量装置（中 国专利申请号CN201410120901.4)，采用全光纤型偏振态控制器消除光学器件残余光反射， 使用法拉第旋光器的光程解调装置克服干设中的偏振衰落效应，有效抑制干设噪声；提出 带有光程扫描位置和速度校正的光学相干域偏振测量装置（中国专利申请号 CN201410120591.6)，通过对光程扫描的校正，提高了偏振测量装置的空间精度和探测灵敏 度。
[0010] 对测试仪器进行标定是科学测量中一个不容忽视的步骤，随着测试精度的提高， 更需确保测得结果的准确性和一致性。通过对保偏光纤长度、保偏光纤角度和起偏器的角 度的大小选取，搭建高精度标定装置，对光学相干偏振测量装置具有重要意义。
[0011] 本发明提供了一种用于光学相干偏振测量的标定装置。首先，利用起偏器将偏振 光束分别注入到保偏光纤的快轴和慢轴中；其次利用保偏光纤不同对准角度对应不同禪合 强度的特点，并利用0°起偏器仅在某一特征轴传输光且消光比低的特性，合理布局保偏光 纤长度和对准角度;最后，通过检偏器将不同轴的光束整合在同一偏振方向上，通过光程相 关器实现干设，通过对照串扰检测结果与搭建标定参数一致性，实现光学偏振器件分布式 串扰测量装置的标定。本发明具有搭建简单、可根据测量仪器的不同选择不同参数、标定精 确可靠等优点，可广泛用于高精度光学器件偏振性能测量仪器的标定中。
【发明内容】
：
[0012] 本发明的目的在于提供具有精度高、稳定可靠的特点，可用于高精度光学器件偏 振性能测量仪的标定的用于光学相干偏振测量的标定装置。本发明的目的还在于提供一种 用于光学相干偏振测量的标定装置的动态范围标定方法。
[0013] 本发明的目的是在运样实现的：
[0014] -种用于光学相干偏振测量的标定装置，包括宽谱光源与功率监测装置510、第一 光纤连接器521、第二光纤连接器522、高精度标定装置530、光程相关器540、偏振串扰检测 与信号记录装置550,高精度标定装置530由45°起偏器531、第一保偏光纤533、0°起偏器 535、第二保偏光纤537、45°检偏器539组成；隔离器514通过光纤连接器与45°起偏器531的 单模端si相连，45°起偏器531的保偏端psl与第一保偏光纤533相连，0°起偏器535的输入尾 纤ul与输出尾纤u2分别与第一保偏光纤533、保偏光纤537相连，45°检偏器539的保偏输入 尾纤ps2与第二保偏光纤537相连，测量光由45°检偏器539的输出尾纤s2输出；宽谱光源与 功率监测装置510通过光纤连接器521与高精度标定装置530相连，将宽谱光束注入光程相 关器540的输入口，光程相关器540的将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置 550 中。
[0015] 所述的宽谱光源与功率监测装置510,由宽谱光源511、1X2分束器512、功率探测 器513、隔离器514组成；宽谱光源511产生的宽谱光通过1X2分束器512与功率探测器513和 隔离器514相连，功率探测器513用于宽谱光源511的输出功率监测。
[0016] 所述光程相关器540，由2 X 2禪合器541、544、偏振态控制器542、环形器543、准直 镜545、光程扫描器546、干设信号探测器组成;从45°检偏器533的单模端s2出射的宽谱光与 激光校正装置520出射的激光均在2X2禪合器541的作用下均匀的分离到光程相关器530固 定臂和扫描臂中去；固定臂是有偏振态控制器542的一臂；扫描臂是有环形器543、准直镜 545、光程扫描器546的一臂。
[0017] 所述偏振串扰检测与信号记录装置550由信号处理单元551和电脑终端552构成。
[0018] -种用于光学相干偏振测量标定装置的动态范围标定方法：
[0019] 1从0°起偏器535的输入尾纤ul注入光束，输出尾纤u2连接消光比测试仪，得到0° 起偏器535的消光比的值PER2;
[0020] 245°检偏器539的保偏输入尾纤ps2、保偏光纤537、0°起偏器535的输出尾纤u2、0。 起偏器535的输入尾纤ul、保偏光纤533、45°起偏器531的保偏输出尾纤psl的长度分别选取 为h、b、13、12、Is和16;对于高精度标定装置530，各段保偏光纤的长度需满足：
[0021]
[00。] 3对于各光程扫描器的扫描光程范围AL，满足：AL〉2h+l2+l3+l4+l5+l6,并且光程 扫描范围的中点选择为两干设臂光程相等的位置，也就是最大峰值的位置；
[0023] 40°起偏器535的输入尾纤ul和保偏光纤533ΚΘ1角可根据自已需要设定进行对 准，从0°起偏器535的输出尾纤u2注入光束，保偏光纤533连接消光比测试仪，得到0°起偏器 535和534点的总消光比的值阳R2+3，得到534点的消光比的值阳R3 =阳化+3-PER2;判断阳R3是 否在合适的范围内，对消光比数值记录并焊接，进行下一步;若不是，角度对准进行调整；
[0024] 5保偏光纤537和0°起偏器535的输出尾纤U2W目2角进行对准，从0°起偏器535的输 入尾纤ul注入光束，保偏光纤537连接消光比测试仪，得到0°起偏器535和保偏光纤537的总 消光比的值阳R2+1，得到537点的消光比的值阳Ri =阳R2U-阳R2;判断PERi是否在合适的范 围内，若是，对消光比数值记录并焊接，进行下一步;若不是，角度对准进行调整；
[0025] 确定Ξ个需标定的一阶消光比值阳Ri、P邸2、阳R3,位置分别处于气、了/, +·ν、啼 处；
[0026] 6将保偏光纤534与45°起偏器531的保偏输出尾纤psl焊接，尾纤长度为16;将保偏 光纤537与45°检偏器539的保偏输入尾纤ps2焊接，尾纤长度为h;
[0027] 7得到待标定的二阶标定值PERi3 =阳R1+PER3,位置处于气+了/: +Τ·/6处;对应 峰的位置和幅度为:干设主峰光程延迟量的串扰系数为1; 一阶干设峰光程延迟量为 气、[6+?、气+气馬、f/s+r%的串扰系数分别为化、ΡΒ、ε、化、pc、e;二 阶干设峰光程延迟量为了/，+馬+了4、了/,+?、吗+了/2 +%+馬、气的串扰系数分 另 Ij 为 Pb+Pd、Pa+化、Pb+Pc、Pa+Pc ;
[00%] 8连接宽谱光源与功率监测装置510、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装 置550;
[0029] 9打开宽谱光源511，调节偏振态控制器542和光学扫描器543至干设信号最大状 态;驱动光程扫描器546,使用偏振串扰检测与信号记录装置550对光程相关器540中不同扫 描距离的数据进行测量和记录；
[0030] 10进行最终数据处理，找出图谱中干设峰的位置和高度；
[0031] 11利用步骤4、5中消光比测试仪测量的一阶标定值对小消光比峰的位置和幅度进 行标定；
[0032] 12利用步骤7中计算的二阶标定值对大消光比进行标定。
[0033] 本发明的有益效果在于：
[0034] (1)使用特定长度和对准角度的保偏光纤搭建标定装置，可对测量峰的位置和幅 度进行精确定位;利用多个串扰点的二阶干设峰，可对较低峰值进行精确定位。利用不同的 标定梯度，提高标定精度和准确性。
[0035] (2)使用一阶干设峰用于小消光比（0~-40dB)的标定，使用二阶干设峰用于大消 光比（-40~-100地）的标定，对于0~-100地范围的消光比均可实现同时的精确标定，标定 范围大。
[0036] (3)由于45°起偏器与0°起偏器、0°起偏器与45°起偏器之间可消除的二阶干设峰， 0°起偏器可削弱其他方向上的光束影响，可大幅度减少多余峰及光纤自身产生的影响。
[0037] (4)高精度标定装置主要由保偏光纤、起偏器和检偏器构成，毋须引入其他器件； 需要控制的仅有两个参量:保偏光纤的长度、焊接角度。对于标定系统的搭建，具有器件简 单、搭建快捷、精度高、范围大的特点。
【附图说明】
[0038] 图1是光学器件的分布式偏振串扰单一缺陷点测量的光学原理示意图；
[0039] 图2是单一偏振串扰形成的干设信号峰与传输光衰减倍数的对应关系示意图；
[0040] 图3是两保偏光纤Θ角对准焊接时光束变化示意图；
[0041] 图4是用于光学相干偏振测量的标定装置；
[0042] 图5是用于光学相干偏振测量的标定装置中保偏光纤的长度示意图；
[0043] 图6光学相干偏振测量动态范围的标定步骤流程图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本发明做进一步描述：
[0045] 本发明提供了一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围的标定方法。 高精度标定装置包括起偏器、检偏器、保偏光纤，含有高精度标定功能的多个起偏器(检偏 器)和多段保偏光纤特定长度和角度焊接。标定方法为:通过起偏器(检偏器)保偏尾纤及保 偏光纤的长度及焊接角度的选择，分别利用一级干设峰、二级干设峰对小消光比（〇~- 40地）、大消光比（-40~-100地)进行精确标定。在只使用起偏器(检偏器)保偏尾纤和保偏 光纤的情况下，高精度标定装置可W对0~-100地的消光比范围进行精确标定。本发明具有 标定范围大、标定精度高、器件简单、搭建简捷等优点，广泛用于保偏光纤、集成波导调制器 (Y波导)等光学器件偏振性能的高精度测量与分析中。
[0046] 1.高精度标定装置由45°起偏器、保偏光纤、0°起偏器、保偏光纤、45°检偏器组成。 隔离器通过光纤连接器与45°起偏器的单模端相连，45°起偏器的保偏端与保偏光纤相连， 0°起偏器的输入尾纤与输出尾纤分别与保偏光纤、保偏光纤相连，45°检偏器的保偏输入尾 纤与保偏光纤537相连，测量光由45°检偏器的输出尾纤输出，并接入光学相干偏振测量系 统中。
[0047] 2.高精度标定装置中0°起偏器可由其他偏振器件代替，由焊点、0°起偏器和焊点 的消光比作为一阶待标定量。通过对45°起偏器的保偏尾纤、保偏光纤、0°起偏器的输入尾 纤、0°起偏器输出尾纤、保偏光纤、45°检偏器输入尾纤的长度控制及焊接角度控制获得不 同的标定结构。
[0048] 3.光学相干偏振测量系统，包括宽谱光源与功率监测装置、光纤连接器、高精度标 定装置、光程相关器、偏振串扰检测与信号记录装置，其特征是：宽谱光源与功率监测装置 通过光纤连接器与高精度标定装置相连，将宽谱光束注入光程相关器的输入口，光程相关 器的将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置中。
[0049] 4.宽谱光源与功率监测装置，由宽谱光源、1X2分束器、功率探测器、隔离器组成。 宽谱光源产生的宽谱光通过1 X 2分束器与功率探测器和隔离器相连，功率探测器用于宽谱 光源的输出功率监测。
[0050] 5.光程相关器，由2X2禪合器、偏振态控制器、环形器、准直镜、光程扫描器、干设 信号探测器组成。从45°检偏器的输出端出射的宽谱光与激光校正装置出射的激光均在2X 2禪合器的作用下均匀的分离到光程相关器固定臂和扫描臂中去。固定臂是有偏振态控制 器的一臂;扫描臂是有环形器、准直镜、光程扫描器的一臂。
[0051] 6.偏振串扰检测与信号记录装置由信号处理单元和电脑终端构成。
[0052] 7. -种用于光学相干偏振测量动态范围的标定方法，其特征是：
[0053] (1)从0°起偏器的输入尾纤ul注入光束，输出尾纤u2连接消光比测试仪，得到0°起 偏器的消光比的值PER2;
[0054] (2)45°检偏器的保偏输入尾纤ps2、保偏光纤537、0°起偏器的输出尾纤u2、0°起偏 器的输入尾纤ul、保偏光纤533、45°起偏器的保偏输出尾纤psl的长度分别选取为h、l2、l3、 l2、l5和16。对于高精度标定装置，各段保偏光纤的长度需满足：
[ο化5]
( 1 )
[0化6] (3)对于各光程扫描器的扫描光程范围AL，应满足：AL〉2(h+l2+l3+l4+l日+16)，并 且光程扫描范围的中点尽量选择为两干设臂光程相等的位置，也就是最大峰值的位置。
[0057] (4)0°起偏器的输入尾纤ul和保偏光纤533ΚΘ1角（可根据自已需要设定)进行对 准，从0°起偏器的输出尾纤u2注入光束，保偏光纤533连接消光比测试仪，得到0°起偏器535 和534点的总消光比的值阳R2+3，从而可W得到534点的消光比的值阳化=阳化+3-阳R2。判断 P邸3是否在合适的范围内（一阶标定值-30dB上下），若是，对消光比数值记录并焊接，进行 下一步;若不是，角度对准进行调整。
[0058] (5)保偏光纤537和0°起偏器的输出尾纤角（可根据自已需要设定)进行对 准，从0°起偏器的输入尾纤ul注入光束，保偏光纤537连接消光比测试仪，得到0°起偏器和 537点的总消光比的值PER2+1，从而可W得到537点的消光比的值PERi = PER2+1-PER2。判断 P邸1是否在合适的范围内（一阶标定值-30dB上下），若是，对消光比数值记录并焊接，进行 下一步;若不是，角度对准进行调整。
[0059] 通过W上步骤，确定Ξ个需标定的一阶消光比值阳Ri、P邸2、P邸3,位置应分别处于 了!1、了与+'\、\化。
[0060] (6)将保偏光纤534与45°起偏器的保偏输出尾纤psl (尾纤长度为16)0焊接;将保 偏光纤537与45°检偏器的保偏输入尾纤ps2(尾纤长度为h)0焊接；
[OOW] (7)利用用（3)中测量的立个需标定的一阶消光比值阳Ri、阳R2、PER3,可得到待标 定的二阶标定值阳虹3 =阳Ri+P邸3,位置处于+? + 了4处。对应峰的位置和幅度如表 1所示：
[0062]表1.图谱干设峰的位置与幅度关系
[0063]
[0064] (8)连接宽谱光源与功率监测装置、光程相关器、偏振串扰检测与信号记录装置。
[0065] (9)打开宽谱光源，调节偏振态控制器和光学扫描器至干设信号最大状态。驱动光 程扫描器，使用偏振串扰检测与信号记录装置对光程相关器(540)中不同扫描距离的数据 进行测量和记录。
[0066] (10)进行最终数据处理，找出图谱中干设峰的位置和高度。
[0067] (11)利用(4)(5)中消光比测试仪测量的一阶标定值对小消光比（0~-40地)峰的 位置和幅度进行标定，对照表中对应的位置和幅度；
[0068] (12)利用（7)中计算的二阶标定值对大消光比（-40~-100地)进行标定，对照表中 对应的位置和幅度。通过W上步骤，完成标定。
[0069] 本发明是对基于白光干设原理的光学相干域偏振测试系统(0CDP)的标定和测量 装置。0DCP的工作原理如图1所示，W保偏光纤的性能测试为例，由宽谱光源发出的高稳定 宽谱偏振光301注入到一定长度的保偏光纤321的慢轴(快轴时，原理相同）。由于在偏振器 件中并非所有的光都是严格按照保偏轴传输的，会存在非理想的缺陷点或者连接。信号光 沿慢轴传输时，当信号光传输到缺陷点311时，慢轴中的一部分光能量就会禪合到正交的快 轴中，形成禪合光束303,剩余的传输光束302依旧沿着慢轴传输。光纤存在线性双折射Δ η (例如:5Χ10-4)，使慢轴的折射率大于快轴折射率，当光纤的另外一端输出时(传输距离为 1)，则传输在慢轴的传输光302和传输在快轴的禪合光303之间将存在一个光程差Δη?。上 述光束通过焊接点或者旋转连接头312,进入光程相关器330中。在光程相关器330中，偏振 分束镜332、固定反射镜334、移动反射镜338组成一个Michelson光学干设仪。光束302和303 经过偏振分束镜332后在光程相关器330分为固定臂和扫描臂中的两部分。固定臂中传输的 光经过固定反射镜334的反射后到达探测器339;扫描臂中传输的光经过移动反射镜338的 反射后也到达探测器339,两部分光汇聚在探测器339上形成白光干设信号，被其接收并将 光信号转换为电信号。此信号经过信号解调电路341处理后，送入测量计算机342中；测量计 算机342另外还要负责控制移动反射镜338实现光程扫描。
[0070] 在测量计算机342的控制下，Michelson干设仪的移动反射镜338使干设仪两臂的 光程差从Δ nl经过零，扫描至-Δ nl，如图2所示：
[0071] (1)当光程差等于Anl时，扫描臂中光204与固定臂中光201发生匹配，则产生白光 干设信号，其峰值幅度为
它与缺陷点的禪合幅度因子和光源强度成正 比。
[0072] (2)当光程差等于0时，扫描臂与固定臂中，光205与光201、光206与光202发生匹 配，则产生白光干设信号，其峰值幅度为IwuplingKlo,它与光源强度与正比。
[0073] (3)当光程差等于Δη?时，扫描臂中光207与固定臂中光202发生匹配，则产生白光 干设信号，其峰值幅度为
，它与缺陷点的禪合幅度因子和光源强度成正 比。
[0074] 对干设信号进行处理，归一化后换算成地值，通过对干设峰的幅度和位置的检测， 即可得到保偏光纤缺点的位置和消光比等重要信息。
[0075] 对于构造标定峰的大小，可通过对保偏光纤的焊接角度进行调整。如图3。在入射 保偏光纤中快轴传输的偏振光，如图3 (a);在入射保偏光纤与出射保偏光纤的对准角度为Θ 时，光束会向出射光纤的两特征轴上产生分量，如图3(b);在出射保偏光纤输时，两轴的比 值关系为tan20，如图3(c)。相当于在焊点处构造的消光比为-l〇logio[tan20](地）。通过对 保偏光纤的对准角度进行调整，W获得不同的"串扰"，通过改变不同的保偏光纤对准角度 得到不同的串扰峰值。
[0076] 从干设图谱上看，主峰两旁的干设峰均是信号光与禪合光的干设形成的，只有一 次禪合光的参与，故称之为一阶干设峰。在本专利中利用一阶干设峰即可对小消光比(〇~- 40地)进行准确的标定。对于大消光比（-40~-100地），直接通过角度对准时保偏光纤焊接 角度精度很难满足标定的要求，运时需要在一阶干设峰的基础上构造二阶干设峰。二阶的 干设峰对应大消光比，其位置和高度与形成一阶干设峰的保偏光纤的长度和对准角度相关 联，毋须对保偏光纤对准角度精度作苛刻要求，即可对系统可作精确的标定。在现有对准精 度的前提下，即可利用高阶干设峰完成大消光比（-40地~-100地)的精确标定，实现测试系 统的校准。
[0077] W图5为例，在高精度标定装置中，经过每个焊点光会存在不同特性轴的禪合，禪 合的次数对应串扰的阶数。对于选择消光比较高的0°起偏器而言，可认为只允许特性轴的 光通过。对于一阶干设，即0阶光束(没有发生串扰的直通光束）与一阶串扰光束形成的干 设;对于二阶干设，可分为两种情况：（1)0阶光束与二阶串扰光束形成的干设；（2) -阶串扰 与一阶串扰形成的干设。
[007引在高精度标定装置中引入0°起偏器，充分利用0°起偏器单一方向通光和极低消光 比的特性，可W对经过0°起偏器其他方向的光进行有效的过滤，减小杂峰的影响，获得清晰 稳定的峰值图谱。通过对0°起偏器的前后保偏尾纤施加不同焊接条件得到不同的一阶干设 峰，进而调整二阶干设峰的组合，获得不同的高低峰值组合搭配，对0~-100地整个标定范 围的实现精确标定的目的。另外，由于各个特征轴的禪合的多样性，在同一焊点会存在多种 禪合途径，导致45°起偏器与0°起偏器、0°起偏器与45°起偏器之间的部分二阶禪合存在相 互抵消的情况。也就是说45°起偏器与0°起偏器、0°起偏器与45°起偏器之间只存在一阶禪 合，在考虑高精度标定装置禪合情况时，所有的二阶禪合的结果均是两段相叠加的结果。如 下表τ为光程相关器中两臂光束的光程延迟量，P为各焊点的串扰系数，ε为0°起偏器的串扰 系数。对应到图谱中的各峰，不同光程延迟量与相对峰之间，有如下峰位置与幅度表的关 系。
[0079] 为清楚地说明本发明基于高阶串扰的0CDP白光标定装置，结合实施例和附图对本 发明作进一步说明，但不应W此限制本发明的保护范围。
[0080] 用于光学相干偏振测量的标定装置，如图4所示。主要光电器件的选择及其参数如 下：
[0081 ] (1)可调宽谱光源511的中屯、波长1550加1、半谱宽度大于45加1，出纤功率范围0~ 2mW，消光比大于6地；
[0082] (2)lX2禪合器512工作波长为1550nm，消光比大于20地，插入损耗小于0.5dB，分 光比为2/98;
[0083] (3)光纤隔离器514的工作波长为1550nm，消光比为30地，插入损耗小于1地；
[0084] (4)45°起偏器531的工作波长为1550nm，消光比为30地，插入损耗小于IdB，输入尾 纤为单模光纤，输出为熊猫型保偏光纤；
[00化](5)45°起偏器535的工作波长为1550nm，消光比为30地，插入损耗小于IdB，输入尾 纤为熊猫型保偏光纤，输出为熊猫型保偏光纤；
[00化](6)45°检偏器539的工作波长为1550nm，消光比为30地，插入损耗小于IdB，输入为 熊猫型保偏光纤，输出尾纤为单模光纤；
[0087] (7) 2 X 2禪合器541、544的工作波长为1550nm，插入损耗小于0.5地；
[0088] (8)偏振态控制器542的工作波长为1550nm，插入损耗为0.5地；
[0089] (9) Ξ端口环形器543的工作波长为1550nm，插入损耗为0.8地，隔离度大于50地；
[0090] (10)自聚焦准直透镜545的工作波长为1550nm，它与可移动光学反射镜546(反射 率为92% W上)之间的光程扫描距离大约在0~400mm之间变化，平均插入损耗为3.0地；
[0091] (11)探测器513、547、548的光敏材料均为InGaAs，光探测范围为1100~1700皿，如 采用化W Fo州S公司的Nirvana?系列2017型平衡探测器。
[0092] (12)消光比测试仪的测量波长1260皿~1650皿，偏振消光比范围0~50地，精度± 0.3 地。
[0093] 装置1:用于光学相干偏振测量的标定装置
[0094] 连接宽谱光源与功率监测装置510、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装 置550。
[00M] 保偏光纤537、0°起偏器535的输出尾纤u2、0°起偏器535的输入尾纤ul、保偏光纤 533的长度分别选取为0.5m、0.3m、1.2m和0.7m。45°起偏器531的保偏输出尾纤psl的尾纤长 度选为1.4m)，45°检偏器539的保偏输入尾纤ps2的尾纤长度选为Im，
[0096]从0°起偏器535的输入尾纤ul注入光束，输出尾纤u2连接消光比测试仪，得到0°起 偏器535的消光比的值PER2;从0°起偏器535的输出尾纤u2注入光束，保偏光纤533连接消光 比测试仪，0°起偏器535的输入尾纤ul和保偏光纤533 Wo. 6°进行对准，得到0°起偏器535和 5 %点的总消光比的值PER2+3，从而可W得到5 34点的消光比的值PER3 = PER2+3 -PER2，调节 阳R3至-40地，然后焊接0°起偏器535的输入尾纤ul和保偏光纤533。
[0097] 从0°起偏器535的输入尾纤ul注入光束，保偏光纤537和0°起偏器535的输出尾纤 u2W〇. 2°角进行对准，保偏光纤537连接消光比测试仪，得到0°起偏器535和537点的总消光 比的值阳R2+1，从而可W得到537点的消光比的值阳R3 =阳R2+广阳R，调节阳Ri至-30地，然后 焊接保偏光纤537和0°起偏器535的输出尾纤u2。通过W上步骤，确定一阶需标定的Ξ个消 光比的值阳Ri、P邸2、阳化。
[0098] 将保偏光纤534与45°起偏器531的保偏输出尾纤psl (尾纤长度为1.4m)0焊接;将 保偏光纤537与45°检偏器539的保偏输入尾纤(ps2)(尾纤长度为lm)0焊接;利用用（3)中测 量的立个需标定的一阶消光比值PERi、PER2、PER3，可得到待标定的二阶消光比值PER13 = 阳扣+阳化。
[0099] 打开宽谱光源511，调节偏振态控制器542和光学扫描器543至干设信号最大状态。 驱动光程扫描器546,使用偏振串扰检测与信号记录装置550对光程相关器540中不同扫描 距离的数据进行测量和记录，进行数据处理，找出干设图谱中峰的位置和高度。
[0100] 对测量的峰值进行比对，对应峰位置与幅度表中对应的位置和幅度，通过W上步 骤，完成标定。
【主权项】
1. 一种用于光学相干偏振测量的标定装置，包括宽谱光源与功率监测装置(510)、第一 光纤连接器(521)、第二光纤连接器(522)、高精度标定装置(530)、光程相关器(540)、偏振 串扰检测与信号记录装置(550)，其特征在于:高精度标定装置(530)由45°起偏器(531)、第 一保偏光纤（533)、0°起偏器（535)、第二保偏光纤（537)、45°检偏器（539)组成；隔离器 (514)通过光纤连接器与45°起偏器(531)的单模端（si)相连，45°起偏器(531)的保偏端 (psl)与第一保偏光纤(533)相连，0°起偏器(535)的输入尾纤(ul)与输出尾纤(u2)分别与 第一保偏光纤(533)、保偏光纤(537)相连，45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)与第二保 偏光纤(537)相连，测量光由45°检偏器(539)的输出尾纤(s2)输出；宽谱光源与功率监测装 置(510)通过光纤连接器(521)与高精度标定装置(530)相连，将宽谱光束注入光程相关器 (540)的输入口，光程相关器(540)的将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置 (550)中。2. 根据权利要求1所述的一种用于光学相干偏振测量的标定装置，其特征在于:所述的 宽谱光源与功率监测装置(510 )，由宽谱光源(511 )、1 X 2分束器(512 )、功率探测器(513)、 隔离器(514)组成；宽谱光源(511)产生的宽谱光通过IX 2分束器(512)与功率探测器(513) 和隔离器(514)相连，功率探测器(513)用于宽谱光源(511)的输出功率监测。3. 根据权利要求1所述的一种用于光学相干偏振测量的标定装置，其特征在于:所述光 程相关器（540)，由2X2耦合器（541、544)、偏振态控制器（542)、环形器（543)、准直镜 (545)、光程扫描器(546)、干涉信号探测器组成;从45°检偏器(533)的单模端(s2)出射的宽 谱光与激光校正装置(520)出射的激光均在2X2耦合器(541)的作用下均匀的分离到光程 相关器(530)固定臂和扫描臂中去；固定臂是有偏振态控制器(542)的一臂；扫描臂是有环 形器(543)、准直镜(545)、光程扫描器(546)的一臂。4. 根据权利要求1所述的一种用于光学相干偏振测量的标定装置，其特征在于:所述偏 振串扰检测与信号记录装置(550)由信号处理单元(551)和电脑终端(552)构成。5. -种用于光学相干偏振测量标定装置的动态范围标定方法，其特征在于： (1) 从0°起偏器(535)的输入尾纤(ul)注入光束，输出尾纤(u2)连接消光比测试仪，得 到0°起偏器(535)的消光比的值PER 2; (2) 45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)、保偏光纤（537)、0°起偏器(535)的输出尾 纤(u2)、0°起偏器(535)的输入尾纤(u 1)、保偏光纤(533)、45°起偏器(531)的保偏输出尾纤 (psl)的长度分别选取为11、1 2、13、12、15和16;对于高精度标定装置(530)，各段保偏光纤的 长度需满足：(3) 对于各光程扫描器的扫描光程范围Δ L，满足：Δ L>2(li+l2+l3+l4+l5+l6)，并且光程 扫描范围的中点选择为两干涉臂光程相等的位置，也就是最大峰值的位置； (4) 0°起偏器(535)的输入尾纤(ul)和保偏光纤(533)以0:角（可根据自已需要设定)进 行对准，从0°起偏器(535)的输出尾纤(u2)注入光束，保偏光纤(533)连接消光比测试仪，得 到0°起偏器(5 35)和（534)点的总消光比的值PER2+3，得到5 34点的消光比的值PER3 = PER2+3- PER2;判断PER3是否在合适的范围内，对消光比数值记录并焊接，进行下一步;若不是，角度 对准进行调整； (5) 保偏光纤（537)和0°起偏器（535)的输出尾纤（112)以02角进行对准，从〇°起偏器 (535)的输入尾纤(ul)注入光束，保偏光纤(537)连接消光比测试仪，得到0°起偏器(535)和 保偏光纤（537)的总消光比的值PER 2+1，得到537点的消光比的值PER! = PER2+1-PER2;判断 PER:是否在合适的范围内，若是，对消光比数值记录并焊接，进行下一步;若不是，角度对准 进行调整； 确定三个需标定的一阶消光比值PER1、PER2、PER3，位置分别处于 Γ/1、：Γ/1+τ/2、 Γ/6处； (6) 将保偏光纤(534)与45°起偏器(531)的保偏输出尾纤(psl)焊接，尾纤长度为16;将 保偏光纤(537)与45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)焊接，尾纤长度为1 1; (7)得到待标 定的二阶标定值PERiFPERi+PERs，位置处于' +r/2 +? +巧6处;对应峰的位置和幅度为： 干涉主峰光程延迟量的串扰系数为1;一阶干涉峰光程延迟量为^^ +?、 s+气:、的串扰系数分别为如、仍、￡、_、此、￡;二阶干涉峰光 程延迟量为5+S+%、Γ，,+?λ、的串扰系数分别为PB+PD、 PA+PD > Pb+Pc > PA+PC ; (8) 连接宽谱光源与功率监测装置(510)、光程相关器(540)、偏振串扰检测与信号记录 装置(550); (9) 打开宽谱光源(511)，调节偏振态控制器(542)和光学扫描器(543)至干涉信号最大 状态;驱动光程扫描器(546)，使用偏振串扰检测与信号记录装置(550)对光程相关器(540) 中不同扫描距离的数据进行测量和记录； (10) 进行最终数据处理，找出图谱中干涉峰的位置和高度； (11) 利用步骤(4)、（5)中消光比测试仪测量的一阶标定值对小消光比峰的位置和幅度 进行标定； (12) 利用步骤(7)中计算的二阶标定值对大消光比进行标定。
【文档编号】G01M11/02GK105823624SQ201610157526
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】苑勇贵, 梁帅, 杨军, 吴冰, 彭峰, 李创, 喻张俊, 苑立波
【申请人】哈尔滨工程大学