[发明专利]一种提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法

说明书

本发明提供的是一种提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法。首先将待测Y波导的输入保偏尾纤与起偏器保偏尾纤连接点、Y波导的输出保偏尾纤与检偏器保偏尾纤连接点的对轴角度同时设定为0°，得到第一次的偏振参数测量结果；然后将上述两个连接点的对轴角度同时调节为90°，得到第二次的测量结果；最后计算两次测量结果的平均值，作为最终测量值。本发明中的测量方法无需更改测量光路结构，具有简单有效、易于实现等特点，有助于消除待测光路中起偏器/检偏器自身结构及性能缺陷引入的测量误差，从而进一步提升测量准确性。该方法可广泛用于Y波导器件芯片消光比等参数的高精度测量。

技术领域

本发明涉及的是一种偏振光学器件测量方法，具体地说是一种在Y波导器件偏振性能测量过程中，消除待测光路中起偏器/检偏器自身角度偏差引入的测量误差，进一步提高测量准确性的方法。

背景技术

多功能集成光学芯片(俗称Y波导)，通常采用钛扩散或高温质子交换制作工艺，在铌酸锂基底上生长出Y形光学波导。Y波导高度集成了单模光波导、光学分束器，电光相位调制器和光学起偏器的功能于一体，由于其功能的集成化和体积的小型化，逐渐成为干涉式光纤陀螺和光纤电流互感器等高精度光纤传感系统的核心器件。Y波导的光学偏振特性主要取决于芯片消光比、以及尾纤与波导连接点的偏振串音，其中前者尤为重要。准确的芯片消光比测量对于Y波导偏振性能评价及其实际应用具有重要意义：一方面，芯片消光比能够真实表明Y波导的工作性能，可用于对波导的制作工艺进行综合评估和优化改进；另一方面，Y波导的芯片消光比直接影响干涉式光纤陀螺的测量精度，并且一个微小的消光比测量误差就会对光纤陀螺整机系统的零偏稳定性和随机游走等参数造成严重影响。

基于白光干涉原理的测量方法是一种用于测量保偏光纤偏振模式耦合及Y波导芯片消光比的理想方案，通过扫描式的马赫-泽德干涉仪进行光程补偿，可以实现分布式测量。从测量得到的白光干涉信号中，能够准确获取与保偏光纤实际发生偏振耦合位置相对应的特征干涉峰，并且干涉峰的峰值表示对应耦合点的耦合能量。早在20世纪90年代，法国Herve Lefevre等人就首次公开了基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量(OCDP)系统(US 4893931)，该系统采用超辐射发光二极管(SLD)和空间干涉光路进行组合构成测量装置。此后，白光干涉系统逐渐在光纤传感与测量领域得到广泛应用。2011年，天津大学的张红霞等人公开了光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置(CN 201110052231.3)，同样采用空间干涉光路作为OCDP系统的核心，并且通过检测耦合点的耦合强度推导出偏振消光比，该方法可用于保偏光纤、保偏光纤耦合器等多种光学偏振器件的测量。此后，研究人员采用白光干涉测量系统实现了Y波导器件芯片消光比的测量。2013年，申请人公开了一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法(CN201310739315.3)，该方法采用全光纤测试光路，通过延长Y波导的输入、输出保偏尾纤长度，并对注入到波导中的输入、输出检测光的预置角度进行设定，从而将消光比特征干涉峰移出光源纹波范围。该方法能够有效避免干扰峰影响，使得芯片消光比的测量结果更加容易获取。

上述研究结果表明，通过采用基于白光干涉原理的全光纤测试光路，已经能够实现Y波导芯片消光比的测量，但对于测量过程中的测量误差还缺乏全面的分析和抑制，因而无法保证测量结果的准确性。2017年，申请人对Y波导待测光纤光路中的误差来源进行了全面分析(Measurement error analysis for polarization extinction ratio ofmultifunctional integrated opticchips)，结果表明，Y波导自身输入、输出尾纤与起偏器、检偏器尾纤连接点的对轴角度偏差会对测量结果产生影响，但在正常熔接条件(熔接角度偏差小于2°)下引入的芯片消光比测量误差不超过0.02dB，因此基本可以忽略不计。此外，保偏尾纤和波导芯片的双折射色散效应的影响最为严重，但可以通过软件色散补偿算法予以消除。然而，光学器件自身结构和性能缺陷，如待测光路中的起偏器/检偏器的自身起偏角度通常会偏离标准的45°，这一角度偏差直接导致芯片消光比的测量误差。实验结果表明，仅2°的角度偏差就会带来0.6dB的测量误差，所以该影响是不可忽略的，并且目前还没有消除该测量误差的有效方法。