[发明专利]一种基于光谱分析的保偏光纤长度测量系统及其方法

权利要求书

1.一种基于光谱分析的保偏光纤长度测量系统，包括SLD光源、待测保偏光纤、带保偏尾纤的起偏器、光谱仪、消光比测试仪、光纤适配器；

构建I_s测试光路，SLD光源的保偏尾纤通过光纤适配器与光谱仪连接，测得SLD光源输出光波的光谱形状，得到光谱中各单色光波的光强I_s，SLD光源的输出光与保偏尾纤慢轴的夹角为θ₁；

根据实际需要，设定SLD光源的保偏尾纤与待测保偏光纤的熔接角度θ₂；

构建ER_f测试光路，SLD光源发出的光沿保偏尾纤输出，进入待测保偏光纤，待测保偏光纤的另一端与光纤适配器连接，光纤适配器插入消光比测试仪的输入端，用消光比测试仪测得待测保偏光纤的输出光波的消光比ER_f，I_x、I_y分别为输出光波沿待测保偏光纤慢轴和快轴方向的光强；

构建ER_p测试光路，在ER_f测试光路的基础上，将光纤适配器从消光比测试仪的输入端拨出，插入起偏器的输入端，起偏器的保偏尾纤通过光纤适配器与消光比测试仪连接，调整起偏器透光轴使起偏器输出尾纤的消光比最大，记为ERp，得到待测保偏光纤的慢轴与起偏器的透光轴夹角θ₃，θ3=arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERp+ERf)/10-1;]]>

构建I_out测试光路，在θ₃测试光路的基础上，起偏器输出尾纤连接的光纤适配器与光谱仪连接，测试输出光波的光谱，得到输出光强I_out，根据θ₁、θ₂、θ₃、I_s、I_out、ER_f、ER_p获取待测保偏光纤长度。

2.一种基于光谱分析的保偏光纤长度测量方法，包括以下几个步骤：

首先，构建I_s测试光路，将SLD光源的保偏尾纤通过光纤适配器与光谱仪连接，测得SLD光源输出光波的光谱形状，得到光谱中各单色光波的光强I_s，其中，SLD光源的输出光与保偏尾纤慢轴的夹角为θ₁；

然后，根据实际需要通过光纤熔接机设定SLD光源的保偏尾纤与待测保偏光纤的熔接角度θ₂；

第三，构建ER_f测试光路，SLD光源发出的光沿保偏尾纤输出，进入与其熔接的待测保偏光纤，待测保偏光纤的另一端与光纤适配器连接，然后将光纤适配器末端插入消光比测试仪的输入端，用消光比测试仪测得待测保偏光纤的输出光波的消光比，记为ER_f，则有：

ERf=101gIxIy]]>

或着：

Ix=Iy10ERf/10]]>

其中，I_x、I_y分别为输出光波沿待测保偏光纤慢轴和快轴方向的光强；

第四，构建ER_p测试光路，在ER_f测试光路的基础上，将光纤适配器从消光比测试仪的输入端拨出，插入起偏器的输入端，起偏器保偏尾纤通过光纤适配器与消光比测试仪连接，调整起偏器透光轴使起偏器输出尾纤的消光比最大，记为ER_p，此时待测保偏光纤的慢轴与起偏器的透光轴夹角为θ₃，且有

ERp=101gIPxIPy]]>

或者：

IPxIPx=10ERp/10]]>

其中，I_Px、I_Py分别为经过起偏器的光波沿起偏器透光轴方向和垂直于透光轴方向的光强，其中：

IPx=Ixcosθ3+Iysinθ3=Iy(10ERf/10cosθ3+sinθ3)]]>

IPy=Ixsinθ3+Iysinθ3=Iy(10ERf/10sinθ3+cosθ3)]]>

则：

IPxIPy=10ERf/10+tanθ310ERf/10·tanθ3+1=10ERp/10]]>

整理得到：

θ3=arctan10ERf/10-10ERp1010(ERp+ERf)/10-1]]>

第五，构建I_out测试光路，在θ₃测试光路的基础上，保持SLD光源的保偏尾纤与待测保偏光纤的熔接以及待测保偏光纤与光纤适配器的连接，断开起偏器输出尾纤连接的光纤适配器与消光比测试仪的连接，将起偏器的保偏尾纤与光谱仪连接，测试输出光波的光谱，得到输出光强I_out；

最后，获取待测保偏光纤的长度，如下式；

L2=c2πfΔn2·arccos[8Iout-4(1+ϵ2)Is(B+D)p(1-ϵ2)Is-A+Dcos(2πfτ1)B+D]]]>

其中：τ1=L1Δn1c,]]>则上式变为：

L2=c2πfΔn2·arccos[8Iout-4(1+ϵ2)Is(B+D)p(1-ϵ2)Is-A+Dcos(2πfL1Δn1c)B+D]]]>

其中：L₁为SLD光源的保偏尾纤的长度，L₂为待测保偏光纤的长度，c为真空中的光速，f为光波频率，Δn₁、Δn₂分别为SLD光源的保偏尾纤及待测保偏光纤的折射率差，ε为起偏器的振幅消光系数，p为SLD光源输出光波的偏振度；

B+D]]>

=2[cos2(θ1+θ2+θ3)-cos2(θ2-θ3-θ1)]]]>

=2[cos2(θ1+θ2+arctan10ERf/10-10ERP/1010(ERf+ERp)/10-1)-cos2(θ2-arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1-θ1)]]]>

A=cos2(θ1+θ2+θ3)+cos2(θ2+θ3-θ1)+cos2(θ2-θ3+θ1)+cos2(θ2-θ3-θ1)]]>

=cos2(θ1+θ2+arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1)+cos2(θ2+arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1-θ1)]]>

+cos2(θ2-arctan10ERf/10-10ERP/1010(ERf+ERp)/10-1+θ1)+cos2(θ2-arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1-θ1)]]>

D=cos2(θ1+θ2+θ3)-cos2(θ2+θ3-θ1)+cos2(θ2-θ3+θ1)-cos2(θ2-θ3-θ1)]]>

=cos2(θ1+θ2+arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1)-cos2(θ2+arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1-θ1)]]>

+cos2(θ2-arctan10ERf/10-10ERP/1010(ERf+ERp)/10-1+θ1)-cos2(θ2-arctan10ERf/10-10ERp/1010(ERf+ERp)/10-1-θ1)]]>