[发明专利]一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置和检测方法

权利要求书

1.一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置，其特征在于，包括：

光电探测单元(1)、差分扫描单元(2)、数据存储及处理单元(3)；

光电探测单元(1)将带有光纤环偏振串扰特性的光通过差分扫描单元(2)传输给数据存储及处理单元(3)，数据存储及处理单元(3)将干涉信号转化成电信号进行处理。

2.如权利要求1所述的一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置，其特征在于，

所述光电探测单元(1)包括：SLD光源(11)、1×2耦合器(12)、偏振器1(13)、2(14)、0°-0°起偏器(15)、0°-45°检偏器(16)、待测光纤环(17)、光电探测器PD0(18)以及分束器(19)；

SLD光源(11)的输出光经过1×2耦合器(12)的输入端1，分光比为98:2，其中2％的光功率由1×2耦合器输出端1输出给光电探测器PD0(18)，用来检测光源光功率变化；另外98％的光功率由1×2耦合器输出端2输出，经过分束器(19)和偏振器2(14)输出；通过0°-0°起偏器(15)，以线偏振光的形式沿待测光纤环的慢轴入射到待测光纤环(17)中，最后经过0°-45°检偏器(16)和偏振器1(13)，使两种模式的光波在相同的偏振状态下输出。

3.如权利要求1所述的一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置，其特征在于，

所述差分扫描单元(2)包括：2×2耦合器1(21)、2(22)、环形器1(23)、2(24)、准直透镜1(25)、2(26)、可移动的双面反射镜(27)以及差分探测器PD1(28)、2(29)；

将带有光纤环偏振串扰特性的光输入2×2耦合器(21)后，输入具有差分延迟线结构的马赫泽德干涉仪中，具体差分结构是由环形器1(23)、2(24)分别输入2×2耦合器(21)两个输出端输出的光信号，经过准直透镜1(25)、2(26)和可移动的双面反射镜(27)光信号会在不同位置形成具有不同扫描光程差的干涉信号，经过2×2耦合器2(22)输出有差分探测器PD1(28)、2(29)检测。

4.如权利要求3所述的一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置，其特征在于，具体为：

将两只准直透镜镜分别位于移动台的两端，双面反射镜放置于台面上，控制可移动台上的双面反射镜自准直透镜1的位置至准直透镜2的位置，进行光程扫描，同时记录差分探测器PD1和PD2输出的白光干涉信号。根据准直透镜的出射光场已知准直透镜的强度损耗和移动距离之间的关系，对比单一准直透镜和具有差分结构的双准直透镜强度损耗和移动距离之间的关系。

5.如权利要求1所述的一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置，其特征在于，

所述数据存储及处理单元(3)包括：包括解调电路(31)和计算机(32)；

解调电路(31)用于将干涉信号转化成电信号，计算机(32)用于将两个差分探测单元检测到的白光干涉信号转换成数据并存储，同时控制移动台。

6.如权利要求5所述的一种基于偏振串扰原理的光纤环检测装置，其特征在于，

存储在计算机中的信息包括偏振串扰点位置和强度信息。

7.一种基于偏振串扰原理的光纤环检测方法，其特征在于，包括：

(1)根据采集到的光纤环中偏振串扰点的位置和强度信息；

(2)解算出偏振串扰强度与对轴角度的关系，在此基础上将偏振串扰点等效为熔接点，建立光纤环偏振串扰模型的琼斯矩阵；

(3)根据被测光纤环的预估静态零偏值筛选出符合光纤陀螺精度要求的，并接入陀螺系统；

(4)将筛选出不符合光纤陀螺精要求的光纤环进行振动时效处理。

8.如权利要求5所述的一种基于偏振串扰原理的光纤环检测方法，其特征在于，步骤(2)包括：

(2.1)假设一束光振幅为A，初始相位为入射到PMF1段，其中PMF1和PMF3两端光纤为未受偏振串扰部分，认为PMF2即受扰段部分的双折射轴相对另外两部分的双折射轴旋转了θ角度，考虑到光信号在PMF2传输过程中的损耗，将PMF2端的输出光分解为：

其中，表示PMF2的快轴引入的相位延迟，表示PMF2的快轴相对于慢轴的相位差；

从PMF3输出的光信号经过0°-45°检偏器，进入干涉仪两臂，因此干涉仪两臂的电矢量为：

其中k表示波数，△z表示干涉仪两臂的光程差，L_c表示SLD光源的相干长度；

根据部分相干理论，从PMF3中射出的双光束干涉条纹强度表示为：

式中I₀表示两束光的光强，通过上式认为当光程差大于相干长度时，干涉条纹迅速趋于0，结合式(1)、(2)、(3)推导出差分探测器的干涉光强为：

由式4可以看出干涉峰位置关于零光程干涉主峰对称，已知偏振串扰强度表示为：

其中I_coupling表示干涉峰包络峰值，I_main表示光程差为0时干涉主峰包络峰值。

根据式4得到在处的干涉峰，结合式(5)推导出对应的偏振串扰强度为：

(2.2)将上述步骤(1)中偏振串扰点强度代入公式(6)，将偏振串扰点等效为熔接点，建立光纤环琼斯矩阵模型；

(2.3)将建立的光纤环琼斯矩阵模型代入已知的光纤陀螺光路模型中计算出不同光纤环的预估零偏稳定性，并以此为依据实现在没有将光纤环接入具体光纤陀螺系统的前提下预估光纤环性能。