[发明专利]一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，包括宽带光源、偏振控制器、高速偏振态分析仪、偏振分束器、光谱分析仪以及工控机；宽带光源的输出接口与偏振控制器的输入尾纤连接，偏振控制器的输出尾纤与高速偏振态分析仪的输入接口连接，高速偏振态分析仪的输出接口与待测单模光纤连接，待测单模光纤同时作为偏振分束器的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤与光谱分析仪连接，光谱分析仪与工控机通过RS232数据线连接；同时还包括一种测量方法，本装置和方法能够消除线偏振光的偏振方向与单模光纤的双折射主轴之间的夹角对线性双折射测量的影响，也能够量化单模光纤的双折射主轴和偏振分束器的偏振主轴之间的夹角，实现单模光纤线性双折射的高精度测量。

主权项

一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量方法，所使用的测量装置包括：宽带光源(1)、偏振控制器(2)、高速偏振态分析仪(3)、待测单模光纤(4)、偏振分束器(5)、光谱分析仪(6)以及工控机(7)；所述宽带光源(1)的输出接口与偏振控制器的输入尾纤(2‑1)连接，偏振控制器的输出尾纤(2‑2)与高速偏振态分析仪(3)的输入接口连接，高速偏振态分析仪(3)的输出接口与待测单模光纤(4)连接；所述待测单模光纤(4)同时作为偏振分束器(5)的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤Ⅰ(5‑1)和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ(5‑2)分别与光谱分析仪(6)连接，光谱分析仪(6)通过RS232数据线(8)与工控机(7)连接；其特征在于，宽带光源(1)的输出光波被偏振控制器(2)调制，调制光波输入高速偏振态分析仪(3)，高速偏振态分析仪(3)实时监测调制光波的偏振态，当高速偏振态分析仪(3)监测到的调制光波为所需的偏振光波时，停止偏振控制器(2)的调制；从高速偏振态分析仪(3)输出的偏振光波进入待测单模光纤(4)，由于待测单模光纤(4)存在线性双折射，输入的偏振光波经过待测单模光纤(4)后将演化成椭圆偏振光波输出；输出的椭圆偏振光波进入偏振分束器(5)并被分解成两束正交的线偏振光波，这两束正交的线偏振光波分别通过偏振分束器的输出尾纤Ⅰ(5‑1)和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ(5‑2)输出，依次由光谱分析仪(6)进行测试，最后将测试数据通过RS232数据线(8)传输到工控机(7)上进行处理；其中，所述宽带光源(1)输出的光波经过两次调制：1)利用偏振控制器(2)和高速偏振态分析仪(3)将宽带光源(1)输出的光波调制成0°线偏振光波，并输入待测单模光纤(4)；定义宽带光源(1)输出光波的波长范围为λ1至λ2，对于波长为λi的光波(λi∈[λ1,λ2])，在工控机(7)上对光谱分析仪(6)传送的两路正交信号数据P1x(λi)和P1y(λi)进行处理，得到的输出结果为：ceshi1(λi)=P1y(λi)-P1x(λi)P1y(λi)+P1x(λi)=cos2θcos2κ+sin2θsin2κcos[δ(λi)]]]>其中，θ为线偏振光波的偏振方向与待测单模光纤(4)的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤(4)的双折射主轴和偏振分束器(5)的偏振主轴之间的夹角，δ(λi)为在输入光波的波长等于λi时待测单模光纤(4)的线性双折射；2)利用偏振控制器(2)和高速偏振态分析仪(3)将宽带光源(1)输出的光波调制成45°线偏振光波，并输入待测单模光纤(4)；对于波长为λi的光波，在工控机(7)上对光谱分析仪(6)传送的两路正交信号数据P2x(λi)和P2y(λi)进行处理，得到的输出结果为：ceshi2(λi)=P2y(λi)-P2x(λi)P2y(λi)+P2x(λi)=sin2θcos2κ+cos2θsin2κcos[δ(λi)]]]>3)求解出输出结果ceshi1(λi)和ceshi2(λi)的平方和output(λi)为：output(λi)＝1‑{sin[δ(λi)]}2·(sin2κ)24)在上述output(λi)的表达式中，(sin2κ)2为定值，{sin[δ(λi)]}2随着波长λi∈[λ1,λ2]的变化呈现出周期性变化；当{sin[δ(λi)]}2等于1时，output(λi)最小，并将其定义为min，据此求解出(sin2κ)2，即：(sin2κ)2＝1‑min5)根据上述结果，可以求解出特定波长λc∈[λ1,λ2]对应的待测单模光纤(4)的线性双折射δ(λc)，并且考虑到δ(λc)∈[0,π/2]，则有：δ(λc)=arcsin1-output(λc)1-min]]>从而得出线性双折射δ(λc)的值。