保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性测试方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性的测试方法及装置。锯齿波信号发生器、激光器、第一单刀双掷开关一端、光波导环形谐振腔、PD探测器、第二单刀双掷开关一端、示波器顺次相连；或者，锯齿波信号发生器、激光器、第一单刀双掷开关另一端、相位调制器、光波导环形谐振腔、PD探测器、第二单刀双掷开关另一端、信号处理电路、示波器顺次相连。本发明提供了一种无破坏性地简单直接的获取光波导环形谐振腔三个基本单元结构参数在主次偏振态上的数值关系的一种有效的测试方法。本发明的实施可为进一步开展高性能保偏光波导谐振腔的优化设计提供指导，对于提高谐振式微型光学陀螺的极限灵敏度、改善性能是非常重要的。
【专利说明】保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性测试方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性的测试方法及装置。
【背景技术】
[0002]光波导环形谐振腔是谐振式微型光学陀螺的核心敏感部件，将一个定向耦合器的其中一个输出端口和一个输入端口相连就构成了一个最基本的环形谐振腔结构。在谐振式微光学陀螺中，除谐振腔的损耗特性影响陀螺性能之外，光波导谐振腔的偏振特性也极大地影响着谐振式微光学陀螺中的偏振波动噪声。为了提高光波导谐振腔的偏振特性，一般高精度陀螺应用中，都需要采用保偏光波导技术。
[0003]由于光波导的双折射效应，一般地，保偏光波导谐振腔内能激励出两个彼此正交的本征偏振态，每个偏振态都存在各自的谐振曲线和谐振频率。折射率相对较大的慢轴对应的偏振态称为主偏振态，折射率相对较小的快轴对应的偏振态称为次偏振态。光波导谐振腔总输出信号是两个偏振态对应输出谐振曲线的叠加，其中主偏振态是有用信号，次偏振态常常是一种干扰信号，需要通过谐振腔结构的优化设计来减小次偏振态影响。从光波导谐振腔扫频得到的谐振曲线可以看到谐振腔主次偏振态的谐振现象。然而在以往的一些利用环形谐振腔的谐振曲线获取谐振腔三个基本单元结构参数耦合系数(耦合器耦合系数、耦合器附加损耗以及光波导传输损耗)的测试方法及装置中，都是没有考虑主次偏振态差异，即没有考虑谐振腔中存在主次两个本征偏振态。在高精度陀螺应用中，光波导谐振腔的偏振波动噪声将极大地影响着陀螺性能。因此如何采用合适的测试方法及装置，能够无破坏性的直接获取谐振腔主次偏振态三个基本单元结构参数(耦合器耦合系数、耦合器附加损耗以及光波导传输损耗)的偏振特性，对保偏光波导环形谐振腔的进一步优化设计和保偏性能的提高具有重要的科学意义和应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性的测试方法及装置。
[0005]保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性的测试方法:
[0006]通过光波导环形谐振腔谐振曲线和二次谐波解调曲线测试装置测得两曲线，由光波导环形谐振腔谐振曲线得到出腔后光波的偏振消光比和腔内光波主次偏振态的谐振幅度比，由光波导环形谐振腔二次谐波解调曲线得到入腔前光波的偏振消光比，再结合谐振曲线得到的谐振腔耦合系数和谐振腔总损耗计算得到保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性；
[0007]根据谐振曲线得到的三个参数:谐振深度P、谐振腔自由谱线宽度和谐振腔谱线半高全宽，根据这三个参数得到谐振腔总损耗和耦合器耦合系数:
【权利要求】
1.一种保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性的测试方法，其特征在于: 通过光波导环形谐振腔谐振曲线和二次谐波解调曲线测试装置测得两曲线，由光波导环形谐振腔谐振曲线得到出腔后光波的偏振消光比和腔内光波主次偏振态的谐振幅度比，由光波导环形谐振腔二次谐波解调曲线得到入腔前光波的偏振消光比，再结合谐振曲线得到的谐振腔耦合系数和谐振腔总损耗计算得到保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性； 根据谐振曲线得到的三个参数:谐振深度P、谐振腔自由谱线宽度和谐振腔谱线半高全宽，根据这三个参数得到谐振腔总损耗和耦合器耦合系数:
其中，k为稱合器_它、系数,无单位，a c为稱合器附加损耗,单位为dB, α χ为谐振腔单位波导传输损耗，单位为dB/cm,参数a和b表不如下:
其中，FSR为谐振腔自由谱线宽度，FffHM为谐振腔谱线半高全宽，F为谐振腔清晰度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述得到保偏光波导环形谐振腔基本单元结构参数偏振特性的方法为: 根据光波导谐振腔内光波主次偏振态的谐振幅度之比，结合光波入腔前的偏振消光比和出腔后的偏振消光比得到谐振腔耦合器附加损耗在主次偏振态上的关系，由谐振腔主次偏振态的耦合器附加损耗之间的关系结合谐振曲线测到的谐振腔总损耗得到谐振腔主次偏振态的单位波导传输损耗之间的关系，由于主次偏振态的耦合器耦合系数都由谐振曲线得出，主次偏振态的耦合器耦合系数之间的数值关系也就得出，
其中，a ?为谐振腔耦合器主偏振态的附加损耗，α 1χ为谐振腔主偏振态的单位波导传输损耗，kx为谐振腔耦合器主偏振态的耦合器耦合系数，α。,为谐振腔耦合器次偏振态的附加损耗，a ly为谐振腔次偏振态的单位波导传输损耗，ky为谐振腔耦合器次偏振态的耦合器耦合系数，FSRx为谐振腔主偏振态的自由谱线宽度，FffHMx为谐振腔主偏振态的谱线半高全宽，Fx为谐振腔主偏振态的清晰度，FSRy为谐振腔次偏振态的自由谱线宽度，FffHMy为谐振腔次偏振态的谱线半高全宽，Fy为谐振腔次偏振态的清晰度，I Exl 12/ I Eyl 12和I Ex212/ I Ey212分别表示光波入腔前和出腔后的偏振消光比。
3.一种光波导环形谐振腔谐振曲线和二次谐波解调曲线测试装置，其特征在于包括锯齿波信号发生器(I)、激光器(2)、相位调制器(3)、光波导环形谐振腔(4)、PD探测器(5)、信号处理电路(6)、示波器(7)、第一单刀双掷开关(8)、第二单刀双掷开关(9);锯齿波信号发生器(I)、激光器(2)、第一单刀双掷开关(8) —端、光波导环形谐振腔(4)、ro探测器(5)、第二单刀双掷开关(9) 一端、示波器(7)顺次相连；或者，锯齿波信号发生器(I)、激光器(2)、第一单刀双掷开关(8)另一端、相位调制器(3)、光波导环形谐振腔(4)、Η)探测器(5)、第二单刀双掷开关(9)另一端、信号处理电路(6)、示波器(7)顺次相连。
【文档编号】G01M11/02GK104180970SQ201410328201
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】马慧莲, 李学辉, 金仲和 申请人:浙江大学