[发明专利]一种测量保偏光纤平均双折射及其温度系数的系统及方法

权利要求书

1.一种测量保偏光纤平均双折射及其温度系数的系统，其特征在于：所述的测量保偏光纤平均双折射及其温度系数的系统由光源1，光源2，环形器，偏振控制器PC1或偏振连接器1，偏振控制器PC2或偏振连接器2，滤波器，数据采集装置，温控设备，电光调制器1和电光调制器2组成；光源1通过电光调制器1与环形器的泵浦光输入端(1)相连，环形器的混合光端(2)通过偏振控制器PC1或偏振连接器1与待测保偏光纤相连，待测保偏光纤通过偏振控制器PC2或偏振连接器2与经过电光调制器2的光源2相连，滤波器和环形器的混合光输出端(3)相连，数据采集装置和滤波器相连；待测保偏光纤放入温控设备内；

光源1经电光调制器1调制后产生一束泵浦光，光源2经电光调制器2调制后产生两束上下边频带探测光；其中，上下边频带探测光为不同频率的探测光，两束探测光与泵浦光的频率差相同；环形器用于将泵浦光从环形器的泵浦光输入端(1)进入，从环形器的混合光端(2)输出，再进入待测保偏光纤中与探测光相遇并产生受激布里渊散射，然后将产生的受激布里渊散射信号从环形器的混合光端(2)进入，从环形器的混合光输出端(3)输出，滤波器用于滤掉探测光经过电光调制器2后产生的上下边频带探测光中上边频带探测光与泵浦光相互作用后产生的布里渊散射信号，保留下边频带探测光与泵浦光作用产生的布里渊散射信号，数据采集装置用于采集下边频带探测光与泵浦光作用产生的布里渊散射信号，温控设备用于调控待测保偏光纤的温度，偏振控制器PC1和偏振连接器1用于控制泵浦光的偏振态，偏振控制器PC2和偏振连接器2用于控制探测光的偏振态。

2.一种采用权利要求1所述的测量保偏光纤平均双折射及其温度系数的系统的测量方法，其特征在于，所述方法具体是按以下步骤进行的：

步骤一、调节与采集信号：

光源1发出泵浦光，光源2发出探测光，光源1发出的泵浦光频率为ν1，光源2发出的探测光频率为ν2，泵浦光和探测光的频率差为待测保偏光纤的布里渊频移；

调节泵浦光的功率、脉宽、频率、偏振态和探测光的功率、频率、偏振态使其产生受激布里渊散射信号，即在保偏光纤一端注入泵浦光至保偏光纤的快轴或慢轴上，在保偏光纤的快轴或慢轴的另一端注入频率与泵浦光频率相差一个布里渊频移的探测光，泵浦光的90％以上的能量被耦合到反向传输的探测光中产生受激布里渊散射信号；

调节偏振控制器PC1和PC2使受激布里渊散射信号强度达到最大，若利用数据采集装置采集此时的信号为保偏光纤快轴上产生的受激布里渊散射信号，调节PC1至受激布里渊散射信号最小后，再调节PC2使受激布里渊散射信号达到最大，则此时利用数据采集装置采集的信号为保偏光纤的慢轴上产生的受激布里渊散射信号；

若利用数据采集装置采集此时的信号为保偏光纤慢轴上产生的受激布里渊散射信号，调节PC1至受激布里渊散射信号最小后，再调节PC2使受激布里渊散射信号达到最大，则此时利用数据采集装置采集的信号为保偏光纤的快轴上产生的受激布里渊散射信号；

其中，保偏光纤的慢轴产生的受激布里渊散射信号宽度大于保偏光纤的快轴产生的受激布里渊散射信号；

步骤二、采用控温设备使保偏光纤温度分别在-40℃，-20℃，0℃，20℃，40℃，60℃时，测量快轴和慢轴产生的布里渊散射信号；

步骤三、数据处理：

将同一温度下的保偏光纤的快轴和慢轴两组受激布里渊散射信号导入到origin数据处理软件中绘成曲线，对保偏光纤的快轴和慢轴的两组受激布里渊散射信号数据进行求导，根据极值点的坐标求出他们的相对延迟采样点n，根据相对延迟采样点n、采样率N与两轴上受激布里渊散射信号的相对时间延迟▽t之间的关系为：▽t＝n/N，求出相对时间延迟▽t；采样率N为事先设置；

保偏光纤长度为l，保偏光纤快轴上的折射率为n₁，保偏光纤慢轴上的折射率为n₂，保偏光纤的平均双折射为▽n，两轴上受激布里渊散射信号的相对时间延迟为▽t，光在真空中的速度为c，受激布里渊散射信号在保偏光纤快轴上的时间为t₁，受激布里渊散射信号在保偏光纤慢轴上的时间为t₂，根据激光在保偏光纤快轴和慢轴上传输的速度、时间、光程之间的关系：

▽n＝n₂-n₁

▽t＝t₂-t₁

c×(t₁/2)＝n₁×l

c×(t₂/2)＝n₂×l

得出两轴上受激布里渊散射信号的相对时间延迟▽t与保偏光纤的平均双折射▽n之间的关系为：

▽n＝▽t×c/2l

设在温度T₁下保偏光纤的平均双折射为在温度T₂下保偏光纤的平均双折射为T₀为一个常数，得出

▿n1=γ×(T0-T1)---(1)]]>

▿n2=γ×(T0-T2)---(2)]]>

公式(2)-(1)得：

▿n2-▿n1=-γ(T2-T1)]]>

γ=-▿n2-▿n1T2-T1]]>

为保偏光纤的平均双折射▽n随温度T线性变化的斜率，斜率的绝对值即为温度系数γ。