[发明专利]保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法

摘要

本发明公开了一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，涉及保偏光纤领域，该测量方法包括以下步骤：设置矢量网络分析仪的射频频率范围和扫描步长，计算空间分辨率，矢量网络分析仪发射调制射频信号至强度调制器，强度调制器输出的光信号经第一偏振器耦合到保偏光纤中，第二偏振器输出的光信号经光放大器放大后进入光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号，输出到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪接收、显示、存储电信号；对射频滤波器响应的平方式取傅里叶逆变换，计算出偏振模耦合发生的位置和强度。本发明能测量50公里长的保偏光纤的偏振模耦合分布，测到的最小可探测偏振模耦合强度为10-6～10-5，信噪比比现有方案提高10分贝以上。

主权项

1.一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、搭建保偏光纤中偏振模耦合分布的测量装置：该测量装置包括宽带光源、强度调制器、第一偏振器、第二偏振器、光放大器、光电探测器和矢量网络分析仪，宽带光源通过光纤跳线与强度调制器相连，强度调制器通过光纤跳线与第一偏振器相连，测量被测保偏光纤的总长度L，计算出整个被测保偏光纤的时延T₀：T₀=L/光速，第一偏振器与第二偏振器之间的间距为被测保偏光纤的总长度L，第二偏振器通过光纤跳线与光放大器相连，光放大器通过光纤跳线与光电探测器相连，光电探测器通过射频线缆与矢量网络分析仪相连，矢量网络分析仪通过射频线缆与强度调制器相连；S2、宽带光源输出的光信号经过光纤跳线进入强度调制器，旋转第一偏振器，强度调制器输出的光信号经过光纤跳线进入第一偏振器，第一偏振器的输出端与被测保偏光纤的一端相连，被测保偏光纤的另一端与第二偏振器的输入端相连，测量出第一偏振器的光轴与保偏光纤的快轴之间的夹角θ₀，第一偏振器以θ₀角耦合到保偏光纤中，计算出保偏光纤入射点的偏振模耦合强度η₀：η₀=sin²θ₀；旋转第二偏振器P2，测量出第二偏振器P2的光轴与保偏光纤的快轴之间的夹角α，通过调节第二偏振器P2的偏转角α来调整两个偏振模之间的消光比；保偏光纤中有n个点发生偏振模耦合，n为自然数，T是延迟时间变量，θ_i是保偏光纤中相邻两个节段间快轴的夹角，i=1,2...,n，i是偏振模耦合点的位置编号，L_i是第i个偏振模耦合点的位置，第i个偏振模耦合点的偏振模耦合强度为η_i；S3、设置矢量网络分析仪的射频频率范围F₀和扫描步长Δf，根据公式：计算保偏光纤中偏振模耦合分布的测量装置的空间分辨率ΔL；矢量网络分析仪发射调制射频信号S(t)至强度调制器，t是时间变量，对输入强度调制器的光信号加载调制射频信号S(t)；第二偏振器P2后端的电场强度E为：E∝cosαS(t)exp[j(ω0t-βFL0)]+]]>sinαsinθ0S(t-T0)exp[j(ω0t-βSL0)]+...+sinθnS(t-Tn)exp[j(ω0t-βF(L0-Ln)-βSLn]---(1)]]>其中，j是虚数单位，ω₀是光波的中心频率，β_F是保偏光纤的快轴的传播常数，L₀是入射端的位置，β_S是保偏光纤的慢轴的传播常数，T_n是第n个偏振模耦合点的时延，L_n是第n个偏振模耦合点的位置；第二偏振器P2输出的光信号的光功率P与第二偏振器P2后端的电场强度E的平方成正比：P∝cos2αS(t)+sin2(t)+sin2αΣi=0nηiS(t-Ti)---(2)]]>其中，T_i是第i个偏振模耦合点的时延，S(t-T_i)是第i个偏振模耦合点的射频信号表达式，是所有偏振模耦合点的耦合强度与射频信号的乘积之和；第二偏振器P2输出的光信号经过光放大器进行放大，光放大器产生的射频滤波器响应为H(ω_m)：H(ωm)=cos2α+sin2αΣi=0nηiexp(jωmTi)---(3)]]>其中，ω_m是时域信号变换到频域中的信号频率，是所有偏振模耦合点的耦合强度与光信号表达式乘积之和；光放大器输出的光信号进入光电探测器，光电探测器对接收的光信号进行探测，探测到光信号的光强表达式为：|H(ωm)|2=cos4α+sin4αΣi=0nηi2+2sin2αcos2αΣi=0nηicosωmTi+]]>      (4)]]>2sin4αΣi=0nΣk=i+1nηiηkcosωm(Ti-Tk)]]>其中，i、k均是位置编号，η_i是第i个偏振模耦合点的偏振模耦合强度，η_k是第k个偏振模耦合点的偏振模耦合强度，T_i是第i个偏振模耦合点的时延，T_k是第k个偏振模耦合点的时延，是所有偏振模耦合点的偏振模耦合强度的平方和；光电探测器将探测到的光信号转换为电信号，输出电信号到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪接收、显示、存储光电探测器发来的电信号；矢量网络分析仪对方程（4）做傅里叶逆变换，最终计算得到偏振模耦合发生的位置L_i和强度η_i。