保偏光纤拍长测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种保偏光纤拍长测量方法，其包括如下步骤：S101、将光源保偏光纤尾纤和待测保偏光纤的输入端直接熔接，待测保偏光纤的输出端切平后和准直透镜相对；S103、使线偏振脉冲激光经光源保偏光纤从待测保偏光纤的输入端进入，从待测保偏光纤的输出端出射，并经准直透镜准直输入至自相关仪；S105、利用自相关仪测量获得线偏振脉冲激光在待测保偏光纤两光轴的脉冲延时差Δτ，并代入函数即可得出待测保偏光纤的拍长LB，其中，λ为线偏振脉冲激光的光波波长，L为待测保偏光纤的长度，c为真空中光速。本发明另外提供一种保偏光纤拍长测量系统。所述保偏光纤拍长测量方法操作过程简单、快捷，能够精确快速地测量待测保偏光纤的拍长。
【专利说明】
保偏光纤拍长测量方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种保偏光纤拍长测量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着高速光纤通讯、相干光纤通讯、光纤激光器以及光纤陀螺、光纤水听器等高精 度光纤传感技术的发展与应用，国内外对于高品质保偏光纤的需求量逐年增长。拍长是描 述保偏光纤性能的重要参数，快速精确测量保偏光纤的拍长对于稳定保偏光纤的生产工艺 和提高保偏光纤的生产效率具有极重要的意义。
[0003] 传统测量保偏光纤拍长的方法有剪裁法、侧向压力扫描法、移动磁场扫描法、光谱 法等，这些方法测量精度都不高，而且测量过程复杂、测量效率低。其中，剪裁法和侧向压力 扫描法会破坏光纤，因而不能重复测量。最新的测量保偏光纤拍长的方法是时域群速度延 迟白光干涉法，该方法用相干长度很短的白光作为光源，利用保偏光纤两光轴传光速度不 同而引起光源在两个正交光轴的时间延迟，经迈克尔逊干涉仪之后采用光电探测器测量光 源自相干信号，干涉仪两延迟壁不同长度差对应不同干涉信号强度，从而测得光源经保偏 光纤传输之后两光轴上群延迟时间差，经计算得到光纤拍长。这种方法测量精度较高（约 2% )，但该方法因需要相干长度极短的稳定宽带白光光源，抗震动性能极好、配置精密微步 进位移导轨的稳定迈克尔逊干涉仪和信噪比极高的干涉信号探测系统，从而使得这种测量 系统复杂并且昂贵。
[0004] 因此，迫切需要设计一种简单、快捷的保偏光纤拍长测量方法及系统。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对现有技术存在的上述问题，提供一种保偏光纤拍长测量方法 及系统，以解决现有技术存在的问题。
[0006] -种保偏光纤拍长测量方法，其包括如下步骤：
[0007] S101、将光源保偏光纤尾纤和待测保偏光纤的输入端直接熔接，所述待测保偏光 纤的输出端切平后和准直透镜相对；
[0008] S103、使线偏振脉冲激光经所述光源保偏光纤从所述待测保偏光纤的输入端进 入，从所述待测保偏光纤的输出端出射，并经所述准直透镜准直输入至自相关仪；
[0009] S105、利用所述自相关仪测量获得所述线偏振脉冲激光在所述待测保偏光纤两光 轴的脉冲延时差Α τ，并代入函数
即可得出所述待测保偏光纤的拍长LB，其 中，λ为线偏振脉冲激光的光波波长，L为所述待测保偏光纤的长度，c为真空中光速。
[0010] 本发明一较佳实施方式中，所述光源保偏光纤尾纤和所述待测保偏光纤的输入端 以光轴夹角为45°左右直接熔接。
[0011] 本发明一较佳实施方式中，所述线偏振脉冲激光由线偏振超短脉冲激光器直接出 射。
[0012] 本发明一较佳实施方式中，所述线偏振脉冲激光由非线偏振超短脉冲激光器出射 后经光纤起偏器起偏后形成。
[0013] -种保偏光纤拍长测量系统，用于测量待测保偏光纤的拍长，所述待测保偏光纤 的输出端被切平，所述保偏光纤拍长测量系统包括出射线偏振脉冲激光的超短脉冲激光光 源装置、准直透镜及自相关仪，线偏振脉冲激光进入光源保偏光纤后通过所述光源保偏光 纤和所述待测保偏光纤的直接熔接点进入所述待测保偏光纤，并从所述待测保偏光纤的输 出端出射，经所述准直透镜准直输入至所述自相关仪，所述自相关仪用于测量所述线偏振 脉冲激光的脉冲延时差Α τ，将脉冲延时差Δ τ代入函数
即可得出所述待测 保偏光纤的拍长1^，其中，λ为线偏振脉冲激光的光波波长，L为所述待测保偏光纤的长度， c为真空中光速。
[0014] 本发明一较佳实施方式中，所述直接熔接点由所述光源保偏光纤尾纤和所述待测 保偏光纤的输入端以光轴夹角为45°左右直接熔接形成。
[0015] 本发明一较佳实施方式中，所述待测保偏光纤的输出端和所述准直透镜相对且位 于光轴上。
[0016] 本发明一较佳实施方式中，所述超短脉冲激光光源装置为线偏振超短脉冲激光 器，其直接出射所述线偏振脉冲激光。
[0017] 本发明一较佳实施方式中，所述超短脉冲激光光源装置包括非线偏振超短脉冲激 光器和光纤起偏器，所述非线偏振超短脉冲激光器出射的脉冲激光经所述光纤起偏器后形 成所述线偏振脉冲激光。
[0018] 本发明另外提供一种保偏光纤拍长测量方法，其包括如下步骤：
[0019] S201、将光纤起偏器的一个端口作为输入端与光源保偏光纤尾纤直接熔接，另一 个端口作为输出端与待测保偏光纤的输入端直接熔接，所述待测保偏光纤的输出端切平后 和准直透镜相对；
[0020] S203、使非线偏振脉冲激光进入所述光源保偏光纤后通过所述光纤起偏器转化成 线偏振脉冲激光，从所述待测保偏光纤的输出端出射，并经所述准直透镜准直输入至自相 关仪；
[0021] S205、利用所述自相关仪测量获得所述线偏振脉冲激光的脉冲延时差△ τ，并代 入函I
即可得出所述待测保偏光纤的拍长LB，其中，λ为线偏振脉冲激光的光 波波长，L为所述待测保偏光纤的长度，c为真空中光速。
[0022] 相较于现有技术，本发明提供的保偏光纤拍长测量方法只需对待测保偏光纤的输 入端和光源保偏光纤尾纤进行一次熔接即可，操作过程简单、快捷，能够精确快速地测量待 测保偏光纤的拍长。经测试验证，所述保偏光纤拍长测量方法的测量精度可达到1 %以上， 测量待测保偏光纤的长度范围大（几十厘米到几公里），同时无接触测量对待测保偏光纤 无损伤，可直接对整卷光纤进行测量而无需重新绕纤。此外，本发明提供的保偏光纤拍长测 量系统中，超短脉冲激光光源装置在市场上较易获得，且价格便宜，自相关仪也是成熟的实 验室常见仪器，采购方便，因此所述保偏光纤拍长测量系统相对较为简单且便宜。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明第一实施例提供的保偏光纤拍长测量方法的流程图；
[0024] 图2为图1所示保偏光纤拍长测量方法中自相关仪的测量结果图；
[0025] 图3为本发明第二实施例提供的保偏光纤拍长测量系统的示意图；
[0026] 图4为本发明第三实施例提供的保偏光纤拍长测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文 所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更 加透彻全面。
[0028] 需要说明的是，当元件被称为"固定于"另一个元件，它可以直接在另一个元件上 或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是"连接"另一个元件，它可以是直接连接 到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语"垂直的"、"水平的"、"左"、 "右"以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0029] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多 个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0030] 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种保偏光纤拍长测量方法，其包括如下步 骤：
[0031] S101、将光源保偏光纤尾纤和待测保偏光纤的输入端直接熔接，所述待测保偏光 纤的输出端切平后和准直透镜相对。
[0032] 本实施例中，所述光源保偏光纤尾纤和所述待测保偏光纤的输入端以光轴夹角为 45°左右直接熔接。可以理解的是，所述光源保偏光纤尾纤和所述待测保偏光纤的输入端 直接熔接形成一个直接熔接点。
[0033] 优选地，所述线偏振脉冲激光由线偏振超短脉冲激光器直接出射，当然，并不局限 于本实施例，所述线偏振脉冲激光也可以由非线偏振超短脉冲激光器出射后经光纤起偏器 起偏后形成，只要能形成所述线偏振脉冲激光。
[0034] 本实施例中，所述待测保偏光纤的输出端采用切割刀切平，以和准直透镜相对。
[0035] S103、使线偏振脉冲激光经所述光源保偏光纤从所述待测保偏光纤的输入端进 入，从所述待测保偏光纤的输出端出射，并经所述准直透镜准直输入至自相关仪。
[0036] 可以理解的是，线偏振脉冲激光经待测保偏光纤传输时，由于待测保偏光纤的快 轴和慢轴的光传输速度不同，线偏振脉冲激光在待测保偏光纤的两光轴（即快轴和慢轴） 会产生由时间延迟形成的固定时间间隔的双脉冲，时间延迟量由快轴和慢轴的传光速度差 和待测保偏光纤的长度决定。
[0037] S105、利用所述自相关仪测量获得所述线偏振脉冲激光在待测保偏光纤的两光轴 的脉冲延时差Α τ，并代入函·
，即可得出所述待测保偏光纤的拍长LB，其中， λ为线偏振脉冲激光的光波波长，L为所述待测保偏光纤的长度，c为真空中光速。
[0038] 本实施例中，自相关仪显示测量得到的两个具有一定时间间隔并且脉冲宽度相等 的脉冲，如图2所示，其中脉冲宽度即是产生线偏振脉冲激光的光源（即线偏振超短脉冲激 光器或非线偏振超短脉冲激光器）的脉冲宽度，脉冲之间的时间间隔即是两个脉冲的时间 间隔，即待测保偏光纤的快轴和慢轴之间的脉冲延时差Α τ。
[0039] 具体地，若待测保偏光纤的长度为L，X轴（慢轴）折射率为ηχ，Υ轴（快轴）折射 率为n y，线偏振脉冲激光的光波波长为λ，则拍长为：
[0040]
[0041] 线偏振脉冲激光经待测保偏光纤传输之后快轴和慢轴的脉冲时间延迟差为：
[0042]
[0043] 由⑴式（2)式即可得拍长：
[0044]
[0045] 将自相关仪测量得到的脉冲延时差△ τ代入⑶式，即可算出待测保偏光纤的拍 长值LB。
[0046] 请参阅图3,本发明第二实施例提供一种保偏光纤拍长测量系统100,用于测量待 测保偏光纤10的拍长，所述待测保偏光纤10的输出端被切平，所述保偏光纤拍长测量系统 100包括出射线偏振脉冲激光的超短脉冲激光光源装置20、准直透镜30及自相关仪40,线 偏振脉冲激光进入光源保偏光纤50后通过所述光源保偏光纤50和所述待测保偏光纤10 的直接熔接点51进入所述待测保偏光纤10,并从所述待测保偏光纤10的输出端出射，经所 述准直透镜30准直输入至所述自相关仪40,所述自相关仪40用于测量所述线偏振脉冲激 光在待测保偏光纤两光轴的脉冲延时差Α τ，将脉冲延时差△ τ代入函f
即 可得出所述待测保偏光纤10的拍长LB，其中，λ为线偏振脉冲激光的光波波长，L为所述 待测保偏光纤10的长度，c为真空中光速。
[0047] 本实施例中，所述直接熔接点51由所述光源保偏光纤50的尾纤和所述待测保偏 光纤10的输入端以光轴夹角为45°左右直接熔接形成，由此，可以使得待测保偏光纤10的 快轴和慢轴分得相等的光源光脉冲能量。进一步地，所述待测保偏光纤10的输出端和所述 准直透镜30相对且位于光轴上。
[0048] 优选地，所述超短脉冲激光光源装置20为线偏振超短脉冲激光器，其直接出射所 述线偏振脉冲激光。当然，并不局限于此，本发明另一优选方式中，所述超短脉冲激光光源 装置20包括非线偏振超短脉冲激光器和光纤起偏器，所述非线偏振超短脉冲激光器出射 的非线偏振脉冲激光经所述光纤起偏器后形成所述线偏振脉冲激光。显然，所述超短脉冲 激光光源装置20只要能形成所述线偏振脉冲激光即可。
[0049] 如下，按照本发明提供的所述保偏光纤拍长测量方法，利用保偏光纤拍长测量系 统1〇〇搭建光路对某公司的待测保偏光纤拍长进行实际测量。
[0050] 请一并参阅图3,具体测量步骤如下：
[0051] 超短脉冲激光光源装置20为线偏振超短脉冲激光器，以作为直接出射线偏振脉 冲激光的光源；取长度110米的待测保偏光纤，将待测保偏光纤的输入端以光轴夹角为 45°左右与光源保偏光纤尾纤直接熔接，使得待测保偏光纤的两个光轴（即快轴和慢轴） 分得相等的光源光脉冲能量；用切割刀将待测保偏光纤的输出端切平；用准直透镜30将经 待测保偏光纤传输之后的线偏振脉冲激光光束准直；将准直后的线偏振脉冲激光光束输入 自相关仪40进行脉冲测量；自相关仪40显示测量得到的两个具有一定时间间隔并且脉冲 宽度相等的双脉冲，如图2所示。
[0052] 图2两个脉冲之间的时间间隔即待测保偏光纤的两个光轴之间的脉冲延时差 Δ τ ;本次测量通过自相关仪40读出脉冲延时差△ τ为166ps，代入（3)式，即可计算出 波长1310nm的激光所对应的拍长LB为2. 89mm，结果与该公司给出的拍长值彡3mm@1310nm 相符。
[0053] 请参阅图4,本发明第三实施例提供一种保偏光纤拍长测量方法，其包括如下步 骤：
[0054] S201、将光纤起偏器的一个端口作为输入端与光源保偏光纤尾纤直接熔接，另一 个端口作为输出端与待测保偏光纤的输入端直接熔接，所述待测保偏光纤的输出端切平后 和准直透镜相对。
[0055] 可以理解的是，所述光源保偏光纤尾纤通过光纤起偏器与所述待测保偏光纤间接 连接。
[0056] S203、使非线偏振脉冲激光进入所述光源保偏光纤后通过所述光纤起偏器转化成 线偏振脉冲激光，从所述待测保偏光纤的输出端出射，并经所述准直透镜准直输入至自相 关仪。
[0057] 本实施例中，非线偏振脉冲激光由非线偏振超短脉冲激光器直接出射。
[0058] S205、利用所述自相关仪测量获得所述线偏振脉冲激光的脉冲延时差Δ τ，并代 入函数心=一即可得出所述待测保偏光纤的拍长LB，其中，λ为线偏振脉冲激光的光 G A：f 波波长，L为所述待测保偏光纤的长度，c为真空中光速。
[0059] 可以理解的是，本实施例中的步骤S205和本发明第一实施例中的步骤S105相同， 此处不再赘述。
[0060] 相较于现有技术，本发明提供的保偏光纤拍长测量方法只需对待测保偏光纤的输 入端和光源保偏光纤尾纤进行一次熔接即可，操作过程简单、快捷，能够精确快速地测量待 测保偏光纤的拍长。经测试验证，所述保偏光纤拍长测量方法的测量精度可达到1 %以上， 测量待测保偏光纤的长度范围大（几十厘米到几公里），同时无接触测量对待测保偏光纤 无损伤，可直接对整卷光纤进行测量而无需重新绕纤。此外，本发明提供的保偏光纤拍长测 量系统中，超短脉冲激光光源装置在市场上较易获得，且价格便宜，自相关仪也是成熟的实 验室常见仪器，采购方便，因此所述保偏光纤拍长测量系统相对较为简单且便宜。
[0061] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种保偏光纤拍长测量方法，其特征在于，包括如下步骤： S101、将光源保偏光纤尾纤和待测保偏光纤的输入端直接烙接，所述待测保偏光纤的 输出端切平后和准直透镜相对； S103、使线偏振脉冲激光经所述光源保偏光纤从所述待测保偏光纤的输入端进入，从 所述待测保偏光纤的输出端出射，并经所述准直透镜准直输入至自相关仪； S105、利用所述自相关仪测量获得所述线偏振脉冲激光在所述待测保偏光纤的两光轴 的脉冲延时差A T，并代入函i即可得出所述待测保偏光纤的拍长Le,其中， 入为线偏振脉冲激光的光波波长，L为所述待测保偏光纤的长度，C为真空中光速。2. 如权利要求1所述的保偏光纤拍长测量方法，其特征在于，所述光源保偏光纤尾纤 和所述待测保偏光纤的输入端W光轴夹角为45°左右直接烙接。3. 如权利要求1所述的保偏光纤拍长测量方法，其特征在于，所述线偏振脉冲激光由 线偏振超短脉冲激光器直接出射。4. 如权利要求1所述的保偏光纤拍长测量方法，其特征在于，所述线偏振脉冲激光由 非线偏振超短脉冲激光器出射后经光纤起偏器起偏后形成。5. -种保偏光纤拍长测量系统，用于测量待测保偏光纤的拍长，所述待测保偏光纤的 输出端被切平，其特征在于，所述保偏光纤拍长测量系统包括出射线偏振脉冲激光的超短 脉冲激光光源装置、准直透镜及自相关仪，线偏振脉冲激光进入光源保偏光纤后通过所述 光源保偏光纤和所述待测保偏光纤的直接烙接点进入所述待测保偏光纤，并从所述待测保 偏光纤的输出端出射，经所述准直透镜准直输入至所述自相关仪，所述自相关仪用于测量 所述线偏振脉冲激光的脉冲延时差A T，将脉冲延时差A T代入函数I即可得 出所述待测保偏光纤的拍长Le,其中，A为线偏振脉冲激光的光波波长，L为所述待测保偏 光纤的长度，C为真空中光速。6. 如权利要求5所述的保偏光纤拍长测量系统，其特征在于，所述直接烙接点由所述 光源保偏光纤尾纤和所述待测保偏光纤的输入端W光轴夹角为45°左右直接烙接形成。7. 如权利要求5所述的保偏光纤拍长测量系统，其特征在于，所述待测保偏光纤的输 出端和所述准直透镜相对且位于光轴上。8. 如权利要求5所述的保偏光纤拍长测量系统，其特征在于，所述超短脉冲激光光源 装置为线偏振超短脉冲激光器，其直接出射所述线偏振脉冲激光。9. 如权利要求5所述的保偏光纤拍长测量系统，其特征在于，所述超短脉冲激光光源 装置包括非线偏振超短脉冲激光器和光纤起偏器，所述非线偏振超短脉冲激光器出射的脉 冲激光经所述光纤起偏器后形成所述线偏振脉冲激光。10. -种保偏光纤拍长测量方法，其特征在于，包括如下步骤： S201、将光纤起偏器的一个端口作为输入端与光源保偏光纤尾纤直接烙接，另一个端 口作为输出端与待测保偏光纤的输入端直接烙接，所述待测保偏光纤的输出端切平后和准 直透镜相对； S203、使非线偏振脉冲激光进入所述光源保偏光纤后通过所述光纤起偏器转化成线 偏振脉冲激光，从所述待测保偏光纤的输出端出射，并经所述准直透镜准直输入至自相关 仪； S205、利用所述自相关仪测量获得所述线偏振脉冲激光的脉冲延时差A T，并代入函 数即可得出所述待测保偏光纤的拍长Le,其中，A为线偏振脉冲激光的光波波 长，L为所述待测保偏光纤的长度，C为真空中光速。
【文档编号】G01M11/02GK106033023SQ201510114773
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月16日
【发明人】李强龙, 杨直, 赵卫, 李峰, 张挺, 杨小君, 王屹山
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所