[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

说明书

技术领域

本发明涉及光学应用领域，具体而言涉及一种基于光谱分析的保偏光纤长度测量系统及其方法。 

背景技术

光纤环是光纤陀螺的核心敏感器件，光纤陀螺的精度与光纤环的长度有关，不同精度的光纤陀螺对应不同长度的光纤环，因此在光纤环绕制之前，需要通过光纤绕环机或分纤机把光纤桶上的光纤按需要的长度绕在分纤环上。由于绕环机或分纤机内部的软件误差，机器显示的光纤长度与实际的光纤长度之间有一定的误差，并且随着光纤长度的增加，积累的误差越大。为了减小或消除温度引起的Shupe非互易相位误差，光纤陀螺的光纤环绕制工艺采用四极对称绕法，这就需要光纤环是从光纤的中点起绕。因此光纤环在绕制前还需要将光纤从第一个分纤环上分一半到另一个分纤环上。由于分纤误差的存在以及误差的不确定性，使得第一个分纤环上光纤的实际长度未知，这将给第二次分纤的长度造成困扰，因此能够精确测量光纤长度具有重要的意义。 

传统的光纤测量方法主要包括光时域反射仪（OTDR），光频域反射仪（OFDR），光低相干反射仪（OLCR）等。其中OTDR是基于后向瑞利散射和菲涅尔反射原理制成的，是目前最广泛的测量光纤长度的仪器。OTDR的优点是测量长度高达上百公里，缺点是测量精确度较差，只能达到米的量级，且不可测量短距离光纤，设备体积庞大。OFDR和OLCR的测量精度虽然相对较高，分别可以达到毫米和几十微米量级，但是实际操作的稳定性和可靠性比较低。另外，复杂的结构与高昂的造价也一定程度上限制了他们的应用。 

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提出了一种基于光谱分析的保偏光纤长度测量系统及其方法。其中基于光谱分析的测量方法的优点是方法简单，测量准确，实际操作的稳定性和可靠性比较高。测量系统中采用的SLD光源可以提供部分偏振光；系统中采用带保偏尾纤的起偏器能够保证输出光波的光谱形状不受弯曲、应力等外界的影响。 

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； 

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； 

然后，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； 

第四，构建ER_p测试光路； 

第五，构建I_out测试光路； 

本发明的优点在于： 

（1）本发明系统测试装置简单，易操作； 

（2）本发明系统测试系统稳定，测量数据准确； 

（3）本发明系统提高了光纤环绕之前分纤的准确度，能够基本消除分纤时长度设定的困扰； 

（4）本发明系统中采用带保偏尾纤的起偏器能够保证输出光波的光谱形状不受弯曲、应力等外界的影响。 

附图说明

图1是本发明构建I_s测试光路结构示意图； 

图2（a）本发明构建ER_f测试光路结构示意图； 

图2（b）本发明构建ER_p测试光路结构示意图； 

图3是本发明待测保偏光纤快慢轴分量与起偏器透光轴分量及垂直透光轴分量的数值关系示意图； 

图4是本发明构建I_out测试光路结构示意图； 

图中： 

1—SLD光源     2—待测保偏光纤     3—起偏器 

4—光谱仪      5——消光比测试仪   6—光纤适配器 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明的一种基于光谱分析的保偏光纤长度测量系统，包括带保偏尾纤的SLD光源1、待测保偏光纤2、带保偏尾纤的起偏器3、光谱仪4、消光比测试仪5、光纤适配器6。 

本发明的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，如图1所示，将SLD光源1的保偏尾纤通过光纤适配器6与光谱仪4连接，测得SLD光源1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1的输出光与保偏尾纤慢轴的夹角θ₁，θ₁作为带保偏尾纤的SLD光源1的一个参数已知。