[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

说明书

技术领域

本发明涉及测量保偏光纤平均双折射及其温度系数的系统及方法。

背景技术

保偏光纤因其在光纤通信和光纤传感领域有着广泛的应用而引起人们的极大关注和广泛研究，特别应用于光纤传感领域的惯性导航装置光纤陀螺。高精度光纤陀螺光纤环主要采用保偏光纤，其原因是保偏光纤具有的高平均双折射光纤结构可以实现单偏振状态工作，可以确保光纤的偏振态不受外界的干扰而发生变化，保证光纤环中的顺、逆时针的两路光充分相干，从而保证输出干涉信号的稳定。因此测量保偏光纤的平均双折射对于其应用具有非常重要的意义。由光学传输理论可知，两束处于保偏光纤快轴和慢轴上的激光，由于偏振模色散(PMD)，两偏振模式以不同的速度沿保偏光纤传播，因此在光纤出射系数端将会发生相对时间延迟，如图1所示。目前，基于这种思路测量保偏光纤平均双折射的方法主要有光频域反射技术以及偏振式串扰分析法。2015年1月，加拿大渥太华大学鲍晓毅课题组利用光频域反射技术(Da-Peng Zhou,Zengguang Qin,Wenhai Li.”Distributed group birefringence measurement in a polarization-maintaining fiber using optical frequency-domain reflectometry”)实现了空间分辨率为7.8cm、长度为5.925m保偏光纤平均双折射分布式测量。由于其空间分辨率直接由扫频范围和采样率决定，因此这种方法的不足之处在于其对仪器设备要求较高，测量时间较长，且仅适用于短距离光纤的测量，同时也不能测量长距离保偏光纤的双折射及其温度系数。2014年11月，天津大学李志宏等人利用偏振式串扰分析法(Zhihong Li,X.Steve Yao,Fellow OSA,Xiaojun Chen,”Complete Characterization of Polarization-Maintaining Fibers Using Distributed Polarization Analysis”)实现了空间分辨率为6cm、长度为300m保偏光纤平均双折射分布式测量。这种技术的不足之处在于操作较为复杂，同时它也无法测量长距离保偏光纤的双折射及其温度系数。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法对仪器设备要求较高，测量时间较长，仅适用于短距离保偏光纤平均双折射的测量，操作较为复杂，以及无法测量长距离保偏光纤的平均双折射及其温度系数的问题，而提出了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。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种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相连，环形器的混合光端通过偏振控制器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进入，从环形器的混合光端输出，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进入，从环形器的混合光输出端输出，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与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。

一种测量保偏光纤平均双折射及其温度系数的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；