[发明专利]一种集成波导调制器的双通道光学性能测试装置及其偏振串音识别与处理方法

说明书

技术领域

本发明设计属于光学器件测量技术领域，具体涉及到一种集成波导调制器的双通道光学性能测试装置及其偏振串音识别与处理方法。

背景技术

多功能集成光学器件俗称“Y波导”，一般采用铌酸锂材料作为基底，它将单模光波导、光分束器、光调制器和光学偏振器进行了高度集成，是组成干涉型光纤陀螺（FOG）和光纤电流互感器的核心器件，决定着光纤传感系统的测量精度、稳定性、体积和成本。

Y波导器件的重要参量主要包括：波导芯片消光比、尾纤串音、输出通道光程差，上述参数的温度特性等。如何对Y波导器件的光学性能进行准确、全面的测试是高性能器件研制和生产中遇到的一个非常棘手的问题。高精度精密级光纤陀螺中使用的Y波导的芯片消光比要求达到80dB以上。例如，中国电子科技集团公司第四十四研究所的华勇、舒平等人提出的一种提高光纤陀螺用Y波导芯片消光比的方法（CN201310185490.2），已经可以实现80dB以上Y波导器件。而常用的偏振性能检测仪器——消光比测试仪，分辨率最高的美国dBm Optics公司研制的Model4810型偏振消光比测量仪也仅有72dB；其余美国General Photonics公司的ERM102型、韩国Fiberpro公司的ER2200型、日本Santec公司的PEM-330型最高消光比均只能达到50dB左右。

Y波导器件由输入光纤、波导芯片和输出光纤、调制电极等几部分组成，至少包含一个输入通道和两个输出通道。结构的复杂性要求除芯片消光比外，其余芯片的线性双折射射、尾纤串音、插损损耗、输出通道光程差，以及上述参数的温度特性、电压特性等性能也是必须进行测量的参量。

20世纪90年代初，法国Herve Lefevre等人（US4893931）首次公开了基于白光干涉原理的OCDP系统，它采用超辐射发光二极管（SLD）和空间干涉光路测量结构。法国Photonetics公司根据此专利研制了WIN-P125和WIN-P400两种型号OCDP测试系统，主要用于较短（500m）和较长（1600m）保偏光纤的偏振特性分析。其主要性能为偏振串音灵敏度为-70dB、动态范围为70dB，后经过改进，灵敏度和动态范围分别提升到-80dB和80dB。但对于高消光比Y波导的测量还略显不足。

2002年美国Fibersense Technology Corporation公司的Alfred Healy等人公开一种集成波导芯片的输入/输出光纤的耦合方法（US6870628），利用白光干涉测量方法实现了波导芯片输入/输出光纤的耦合串音的测量；2004年北京航空航天大学的伊小素、肖文等人公开了一种光纤陀螺用集成光学调制器在线测试方法及其测试装置（CN200410003424.X），可以实现器件的损耗、分光比等光学参数的测量；2007年北京航空航天大学的伊小素、徐小斌等人公开了一种Y波导芯片与保偏光纤在线对轴装置及其在线对轴方法（CN200710064176.3），利用干涉光谱法同样实现了波导芯片与波导输入/输出光纤串音的测量。但没有涉及波导芯片消光比的测量问题。

2011年，天津大学张红霞等人公开了一种光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置（CN201110052231.3），同样采用空间干涉光路作为OCDP的核心装置，通过检测耦合点的耦合强度，推导出偏振消光比。该装置适用于保偏光纤、保偏光纤耦合器、偏振器等多种光学偏振器件。与Herve Lefevre等人的方案相比，技术性能和指标相近。

同年，美国通用光电公司（General Photonics Corporation）的姚晓天等人公开了一种用于保偏光纤和光学双折射材料中分布式偏振串音测量的全光纤测量系统（US20110277552，Measuring Distributed Polarization Crosstalk in Polarization Maintaining Fiber and Optical Birefringent Material），利用在光程相关器之前增加光程延迟器，抑制偏振串音测量时杂散白光干涉信号的数量和幅度。该方法可以将全光纤测量系统的偏振串音灵敏度提高到-95dB，但动态范围保持在75dB。