[发明专利]一种单模光纤线性双折射测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种单模光纤线性双折射测量装置，包括偏振光源（1）、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤（6）、偏振分束器（7）、光功率计（8）以及工控机（9）；偏振光源的输出尾纤位于第一准直透镜的焦点，第一旋光晶体安置在第一准直透镜与第二准直透镜之间，第一旋光晶体上绕制第一螺线管，第一螺线管与第一可调直流电源连接；待测单模光纤的一端位于第二准直透镜的焦点，另一端位于第三准直透镜的焦点；第二旋光晶体安置在第三准直透镜和第四准直透镜之间，第二旋光晶体上绕制第二螺线管，第二螺线管与第二可调直流电源连接；本发明极大地提高单模光纤线性双折射的测量精度、同时结构简单能够广泛应用在实际操作中。

主权项

一种单模光纤线性双折射测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量装置包括：偏振光源(1)、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤(6)、偏振分束器(7)、光功率计(8)以及工控机(9)；所述偏振光源(1)的输出尾纤(1‑1)位于第一准直透镜(2‑1)的焦点，第一旋光晶体(3‑1)安置在第一准直透镜(2‑1)与第二准直透镜(2‑2)之间，第一旋光晶体(3‑1)上绕制第一螺线管(4‑1)，第一螺线管(4‑1)与第一可调直流电源(5‑1)连接；所述待测单模光纤(6)的一端位于第二准直透镜(2‑2)的焦点，另一端位于第三准直透镜(2‑3)的焦点；第二旋光晶体(3‑2)安置在第三准直透镜(2‑3)和第四准直透镜(2‑4)之间，第二旋光晶体(3‑2)上绕制第二螺线管(4‑2)，第二螺线管(4‑2)与第二可调直流电源(5‑2)连接；所述偏振分束器(7)的输入尾纤(7‑1)位于第四准直透镜(2‑4)的焦点、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7‑2、7‑3)均与光功率计(8)连接；所述光功率计(8)与工控机(9)通过RS232数据线(10)连接，所述测量方法包括以下步骤：1、所述偏振光源(1)输出线偏振光，经过第一准直透镜(2‑1)后形成平行线偏振光束，当第一可调直流电源(5‑1)向第一螺线管(4‑1)通入电流时，所形成的平行线偏振光束在垂直进入第一旋光晶体(3‑1)后发生偏振面旋转，并经过第二准直透镜(2‑2)汇聚进入待测单模光纤(6)；2、由于待测单模光纤(6)存在线性双折射，输入的线偏振光在经过待测单模光纤(6)后演化成椭圆偏振光输出；输出的椭圆偏振光经过第三准直透镜(2‑3)形成平行椭圆偏振光束，当第二可调直流电源(5‑2)向第二螺线管(4‑2)通入电流时，所形成的平行椭圆偏振光束垂直进入第二旋光晶体(3‑2)后发生偏振面旋转，并经过第四准直透镜(2‑4)汇聚进入偏振分束器(7)的输入尾纤(7‑1)；3、偏振分束器(7)将输入的椭圆偏振光分解成正交的两束线偏振光，经过偏振分束器(7)的输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7‑2、7‑3)进入功率计(8)测量；4、光功率计(8)将测量得到的两路正交信号数据通过RS232数据线(10)传送到工控机(9)上处理；其中，经过四次测量，分别为：1)第一可调直流电源(5‑1)向第一螺线管(4‑1)通入电流I11，I11为750mA，使得输入第一旋光晶体(3‑1)的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；第二可调直流电源(5‑2)向第二螺线管(4‑2)通入电流I12，I12为1500mA，使得输入第二旋光晶体(3‑2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：output1＝cos(2α+45°)sin2κ‑sin(2α+45°)cos2κcosδ其中，α为偏振光源(1)的输出尾纤(1‑1)的偏振主轴与待测单模光纤(6)的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤(6)的双折射主轴和偏振分束器(7)的偏振主轴之间的夹角，δ为待测单模光纤(6)的线性双折射；2)第一可调直流电源(5‑1)向第一螺线管(4‑1)通入电流I21，I21为2250mA，使得输入第一旋光晶体(3‑1)的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；第二可调直流电源(5‑2)向第二螺线管(4‑2)通入电流I22，I22为1500mA，使得输入第二旋光晶体(3‑2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：output2＝‑sin(2α+45°)sin2κ‑cos(2α+45°)cos2κcosδ3)第一可调直流电源(5‑1)向第一螺线管(4‑1)通入电流I31，I31为750mA，使得输入第一旋光晶体(3‑1)的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°；第二可调直流电源(5‑2)向第二螺线管(4‑2)通入电流I32，I32为3000mA，使得输入第二旋光晶体(3‑2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：outpu3＝‑cos(2α+45°)cos2κ‑sin(2α+45°)sin2κcosδ4)第一可调直流电源(5‑1)向第一螺线管(4‑1)通入电流I41，I41为2250mA，使得输入第一旋光晶体(3‑1)的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°；第二可调直流电源(5‑2)向第二螺线管(4‑2)通入电流I42，I42为3000mA，使得输入第二旋光晶体(3‑2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°；在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理，得到的输出结果为：output4＝‑sin(2α+45°)cos2κ+cos(2α+45°)sin2κcosδ5)求解出输出结果output1和output2的平方和sum1，并求解出输出结果output3和output4的平方和sum2，分别为：sum1＝(sin2κ)2+(cos2κ)2(cosδ)2sum2＝(cos2κ)2+(sin2κ)2(cosδ)26)由于待测单模光纤(6)的线性双折射δ∈[0°,90°]，所以δ的计算式为：δ=arccos(sum1+sum2‑1)从而得出线性双折射δ的值。