[发明专利]保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及保偏光纤领域，特别是涉及一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法。

背景技术

光信号在PMF（Polarization Maintaining Fiber，保偏光纤）中传播时，如果输入光的偏振态沿着保偏光纤的快轴或者慢轴方向，则偏振态保持不变，保偏光纤通过引入非常大的两个偏振模式之间的双折射来获得这个性质。由于这种特殊的性质，保偏光纤在相干光纤通信系统、光纤传感系统中有着非常重要的应用，例如：众所周知的光纤陀螺仪；另外，保偏光纤也应用在各种各样的光学器件中，例如：PMD（Polarization Mode Dispersion，偏振模色散）仿真器、PMD补偿器、光纤起偏器、光纤光学干涉仪等等。

PMC（Polarization Mode Coupling，偏振模耦合）是保偏光纤中一些特殊位置的两个偏振模式之间的能量交换，这种能量交换由作用在保偏光纤的内部或者外部的扰动引起，可能分布在整个光纤长度上。偏振模耦合限制着保偏光纤中保偏的效果，降低了相干光通信系统或者光纤传感系统的性能。为了消除偏振模耦合，必须找出保偏光纤中发生偏振模耦合的位置。

通过搜索专利和论文数据库，查到通过无损的方式完成保偏光纤中偏振模耦合的分布测量的两种方案。

第一种是基于白光光源和MI（Michelson Interferometer，迈克尔逊干涉仪）的方案，这种方案的测量装置以SLD（super luminescent diode，超辐射发光二极管）作为宽带光源，测量装置包括偏振调整部分和扫描迈克尔逊干涉仪，为了实现空间分布测量，同时也为了提高精确度，在扫描迈克尔逊干涉仪中使用了PZT（Piezoelectric Transducer，压电换能器）。已报道的被测的保偏光纤的最大长度为1km，这种方案的空间分辨率遵循关系式：L_D=L_C/Δn，其中：L_D是空间分辨率，L_C是光源的相干长度，Δn是两种偏振模式之间的折射率差。最小可探测偏振模耦合强度取决于系统的性能，已报道的最小偏振模耦合强度的值为10^-4。由于利用了PZT和带有可调平台的MI，这种测量装置对环境扰动比较敏感，并且在长时间测试中可能会失效。

第二种是基于P-OTDR（Polarimetric-Optical Time-Domain Reflectometry，偏振光时域反射计）的方案，P-OTDR可以测量偏振态沿光纤长度的空间分布。如果保偏光纤中存在偏振模耦合，偏振态在偏振模耦合存在的地方将会发生改变，即使输入光是沿着保偏光纤的快轴或者慢轴注入的，因此POTDR可以用来测量保偏光纤中的偏振模耦合分布。它的空间分辨率由探测脉冲宽度决定，典型值为1m对应10ns的脉冲宽度。因为P-OTDR利用瑞利背向散射光作为探测信号，所以SNR（Signal to Noise Ratio，信噪比）比较低。为了增大SNR，可以采用较宽的脉冲宽度，但是易导致降低空间分辨率；或者，可以利用多次测量取平均来提高SNR，但是易导致测量时间延长至几分钟。

上述两种方案都可以用来实现利用保偏光纤的分布式光纤传感，当外部扰动作用在保偏光纤上一些特殊位置时，偏振模耦合将会出现，这两种方案均可以测量出偏振模耦合，依此即可传感例如应力等参数，但是，这两种方案都存在以下缺点：（1）仅仅适用于小于1公里的较短保偏光纤的偏振模耦合测量；（2）由于被测信号非常微弱，信噪比非常小。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，能够测量50公里长的保偏光纤的偏振模耦合分布情况，测到的最小可探测偏振模耦合强度为10^-6～10^-5，还能够提高信噪比，比现有方案的信噪比提高10分贝以上。

本发明提供的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，包括以下步骤：