[发明专利]基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置，属于光学领域。

背景技术

保偏光纤因其在光纤通信和光纤传感领域有着广泛的应用而引起人们的极大关注和广泛研究。图1所示为目前广泛使用的熊猫型保偏光纤的截面图，它具有两个光学主轴，分别为快轴和慢轴，快轴的折射率为n_f，慢轴的折射率为n_s，快轴与慢轴的折射率的差为保偏光纤的双折射，保偏光纤的双折射是其应用中最重要的参数之一。由于材料的不均匀性，光纤拉制过程中的环境扰动，光纤缠绕时受力不均匀，光纤所受的侧向压力和环境温度变化等因素的影响，不可避免地会导致保偏光纤双折射发生变化和分布不均匀。目前，虽然已经提出很多方法来测量保偏光纤的双折射，然而大部分方法只能测量一段保偏光纤的平均双折射，而不能测量保偏光纤每个位置点的双折射。

为了测量保偏光纤每个位置点的双折射，2010年加拿大渥太华大学董永康等人提出了一种基于布里渊动态光栅技术测量保偏光纤双折射方法。结合图2说明该方法的原理：首先，在保偏光纤的两端分别注入一束泵浦光，分别为泵浦光1和泵浦光2，这两束泵浦光传输方向相反，且注入到保偏光纤的一个光学主轴里，使两束泵浦光的频率差等于保偏光纤中的布里渊频移，因此两束泵浦光发生相互作用，通过电致伸缩效应产生了布里渊动态光栅；然后把一束探测光沿着与泵浦光2相同传播方向注入到保偏光纤的另外一个光学主轴里，当泵浦光2和探测光的频差满足Δv_Bire＝Δnv/n_g时，探测光就会被布里渊动态光栅反射并获得最大的反射率，这里Δn是保偏光纤的双折射，v是探测光频率，n_g是保偏光纤的群折射率，此时泵浦光2和探测光的频差Δv_Bire就被称为双折射频移。通过测量到的双折射频移和方程Δv_Bire＝Δnv/n_g就可以计算保偏光纤中两束泵浦光产生布里渊动态光栅处的的双折射Δn，为了测量这一段保偏光纤其它点的双折射，通过改变泵浦光1和泵浦光2的入射时间差，进而改变二者相遇产生布里渊的地点来实现，则每次只能测量一个点的双折射。

利用这个方法，董永康等人首次实现了分布式保偏光纤双折射的测量(Yongkang Dong，Liang Chen，and Xiaoyi Bao，“Truly distributed birefringence measurement of polarization-maintaining fibers based on transient Brillouin grating，”Optics Letters，Vol.35，No.2，193，2010)。在这个方案中，两个传输方向相反的高功率、窄脉冲的泵浦光(即泵浦光1和泵浦光2)被注入到保偏光纤的一个光学主轴里产生布里渊动态光栅，然后一个长脉冲的探测光在时间上紧跟着泵浦脉冲2被注入到保偏光纤的另外一个光学主轴里。在这个方案中，空间分辨率是由泵浦光的脉宽决定的，泵浦光脉冲的脉宽越窄，其空间分辨率越高，因此必须使用高功率的窄脉冲泵浦光来获取高空间分辨率，但是高功率的泵浦光在光纤中会产生其他的非线性效应，比如自相位调制和调制不稳定，因此光纤测量长度受到限制，无法实现长距离保偏光纤双折射的测量。该文献中使用脉宽为2ns、功率为30W的泵浦脉冲，2ns的脉宽获得20cm的空间分辨率，然而30W的高功率引起的非线性效应使光纤的测量长度只有8m。此外，在这个方案中，每次只能测量光纤上的一个位置点，分布式双折射的测量只能通过调节两束脉冲泵浦光的延时，沿着光纤扫描布里渊动态光栅产生的位置来实现，因此测量时间非常长。

发明内容

本发明目的是为了解决现有测量保偏光纤双折射技术测量时间非常长，长距离和高空间分辨率不能同时满足的问题，提供了一种基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置。

本发明所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，在待测保偏光纤的一端入射泵浦脉冲光，并跟随入射探测脉冲光，所述泵浦脉冲光入射至待测保偏光纤的一个光学主轴，所述探测脉冲光入射至待测保偏光纤的另一个光学主轴，

在待测保偏光纤的另一端入射连续泵浦光，所述连续泵浦光与所述泵浦脉冲光入射至同一个光学主轴上，所述连续泵浦光与所述泵浦脉冲光在待测保偏光纤内相遇并发生受激布里渊散射产生布里渊动态光栅；

所述探测脉冲光被布里渊动态光栅反射，获取待测保偏光纤每个位置点的反射光强，