本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量大口徑磁光隔離器隔離比的全光纖裝置。

背景技術(shù)：

大口徑磁光隔離器能夠允許特定偏振方向的激光正向傳輸時完全通過，而反向傳輸時被隔離，是大口徑高功率激光裝置，尤其是MOPA系統(tǒng)中避免反向激光引起裝置破壞的主要手段。磁光隔離器主要由入射偏振片、旋光玻璃、出射偏振片及法拉第線圈組成。入射偏振片和出射偏振片偏振方向成45度夾角，入射偏振片偏振方向與入射光偏振方向相同。LC供電回路與法拉第線圈兩端電聯(lián)接，為線圈提供高壓電脈沖。脈沖電流的峰值大小與LC供電回路的充電電壓有關(guān)。電流流經(jīng)法拉第線圈時在線圈內(nèi)部產(chǎn)生磁場，磁場強(qiáng)度與線圈結(jié)構(gòu)及流經(jīng)線圈的電流大小有關(guān)，磁場方向與電流的方向相關(guān)，符合安培定則。在外界磁場的作用下，旋光玻璃使入射光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與磁場方向相關(guān)，旋轉(zhuǎn)角度與磁場強(qiáng)度、旋光玻璃厚度及旋光系數(shù)有關(guān)，與激光的傳輸方向及入射光的偏振方向無關(guān)。磁場在通光口徑內(nèi)的均勻性決定了隔離器動態(tài)透過率及隔離比的均勻性，且只有入射光偏振方向與入射偏振片方向重合，并且激光偏振方向在旋光玻璃中的旋轉(zhuǎn)角度正好為45度時，磁光隔離器的隔離比和動態(tài)透過率同時達(dá)到最大值。所以精確測量大口徑磁光隔離器的隔離比、動態(tài)透過率及其均勻性是優(yōu)化磁光隔離器運行狀態(tài)，提升整個高功率激光裝置性能的關(guān)鍵。

由于磁光隔離器的線圈是由LC回路提供毫秒電脈沖，只有在放電瞬間線圈才會產(chǎn)生磁場，隔離器才能起到隔離作用。所以，要想測量隔離器的隔離比，需要測得同一點同一時刻在正反兩個方向的透過率。比較普遍的測量方法，需要在LC回路多次放電中分別測量正向信號的透過率和反向信號的透過率。這種多次測量的方法不僅光路復(fù)雜，調(diào)整困難，而且容易受到光路調(diào)整空間復(fù)位精度，信號光偏振態(tài)抖動，信號光時間抖動，信號光能量變化以及LC供電回路充電電壓重復(fù)精度的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種測量大口徑磁光隔離器隔離比的全光纖裝置，使隔離器線圈單次放電就可以得出隔離器隔離比，且受外界煩擾小，測量精度高，測量動態(tài)范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，很大程度降低了測量所占用的空間和時間。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種測量大口徑磁光隔離器隔離比的全光纖裝置，其構(gòu)成包括：脈沖激光器、第一光纖偏振控制器、光纖隔離器、光纖在線起偏器、1×2光纖耦合器、一段單模光纖、第一2×2光纖耦合器、第二光纖偏振控制器、第一光纖準(zhǔn)直透鏡、第二光纖準(zhǔn)直透鏡、第三光纖偏振控制器、第二2×2光纖耦合器、第一快速光電二極管、第二快速光電二極管、示波器、第三快速光電二極管和第四快速光電二極管；

在所述的第一光纖準(zhǔn)直透鏡和第二光纖準(zhǔn)直透鏡之間放置被測隔離器；

所述的脈沖激光器、光纖偏振控制器、光纖隔離器、光纖在線起偏器和1×2光纖耦合器依次相連，該1×2光纖耦合器的第一輸出端與第一2×2光纖耦合器的第一端口相連，該1×2光纖耦合器的第二輸出端經(jīng)所述單模光纖與第二2×2光纖耦合器的第一端口相連，所述的第一2×2光纖耦合器的第二端口與所述的第一快速光電二極管的輸入端相連，該第一2×2光纖耦合器的第三端口經(jīng)所述的第二偏振控制器與第一光纖準(zhǔn)直器相連，激光脈沖經(jīng)過該光纖準(zhǔn)直器被耦合成空間平行光，經(jīng)待測隔離器的正向垂直入射后耦合射入所述的第二光纖準(zhǔn)直透鏡，所述第一2×2光纖耦合器的第四端口作為正向入射光的參考光輸出端與所述的第二快速光電二極管的輸入端相連，所述的第二光纖耦合器的第二端口與所述的第四快速光電二極管的輸入端相連，該第二光纖耦合器的第三端口經(jīng)所述的第三光纖偏振控制器與光纖準(zhǔn)直器相連，激光脈沖經(jīng)該光纖準(zhǔn)直器被耦合成空間平行光，經(jīng)待測隔離器的反向垂直入射后耦合射入所述的第一光纖準(zhǔn)直透鏡，所述的第二光纖耦合器的第四端口作為反向入射光的參考光輸出端與所述的第三快速光電二極管的輸入端相連，所述的第一快速光電二極管、第二快速光電二極管、第三快速光電二極管和第四快速光電二極管的輸出端分別連接到所述的示波器的一個通道上。

依次將脈沖激光器的光纖輸出端、光纖偏振控制器、光纖隔離器、光纖在線起偏器首尾熔接，光纖在線起偏器的出射端與1×2光纖耦合器的入射端熔接。光纖隔離器可以避免測量光路中的反向激光返回激光脈沖信號源并對其造成破壞；光纖在線起偏器具有偏振相關(guān)透過作用，使得透過的激光信號保持一個方向的線偏振光不變，隔離了輸入信號偏振態(tài)抖動對測量結(jié)果的影響；光纖偏振控制器與在線起偏器結(jié)合，可以調(diào)節(jié)到達(dá)光纖耦合器的激光信號的能量到合適大小。

1×2光纖耦合器的兩個輸出端分別與一個2×2光纖耦合器的一輸入光纖端熔接。兩個2×2光纖耦合器的另一個輸入端分別連接一個光電二極管的激光輸入端，光電二極管分別連接到示波器的通道2和通道3；兩個2×2光纖耦合器的一個光纖輸出端分別作為正向透過率和反向透光率測量的參考信號輸出端，分別連接一個光電二極管的激光輸入端，光電二極管分別連接到示波器的通道1和通道4；另一個光纖輸出端分別熔接一個光纖偏振控制器，光纖偏振控制器另一端與光纖準(zhǔn)直器的光纖輸入端熔接，兩個光纖準(zhǔn)直器分別位于待測磁光隔離器的輸入端和輸出端，并且成相互耦合關(guān)系，分別作為正向傳輸信號和反向傳輸信號輸出端的同時還作為反向傳輸信號和正向傳輸信號的接收端，將經(jīng)過隔離器之后的信號光耦合進(jìn)與其相連的2×2光纖耦合器，并分別進(jìn)入與示波器的通道2和通道3相連的快速光電二極管。

本發(fā)明的1×2光纖耦合器和2×2光纖耦合器的耦合比可以為任意值。具體選取值需根據(jù)待測隔離器所要求的測量動態(tài)范圍確定。

本發(fā)明通過調(diào)節(jié)偏振控制器的狀態(tài)并結(jié)合耦合器耦合比例的選取，可以得到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出示波器本身動態(tài)范圍的測量動態(tài)范圍。

本發(fā)明所用示波器的分辨率必須滿足能夠精確測量激光脈沖信號峰值功率的要求。

本發(fā)明所用器件全部為光纖器件，光纖全部為普通單模石英光纖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：采用光纖準(zhǔn)直器與光纖耦合器相結(jié)合，同時測量同一點正反兩個方向的透過率，并采用透過率相對測量法及隔離比靜動態(tài)對比法的測量方法，實現(xiàn)了隔離器隔離比的單次放電精確測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-光纖脈沖激光器；2-第一光纖偏振控制器；8-第二光纖偏振控制器；11-第三光纖偏振控制器；3-光纖隔離器；4-光纖在線起偏器；5-1×2光纖耦合器；6-單模光纖；7-第一2×2光纖耦合器；8-第二光纖偏振控制器；9-第一光纖準(zhǔn)直器；10-第二光纖準(zhǔn)直器；11-第三光纖偏振控制器；12-第二2×2光纖耦合器；13-第一快速光電二極管；14-第二快速光電二極管；15-快速示波器；16-第三快速光電二極管；17-第四快速光電二極管；18-待測磁光隔離器。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。

先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明測量大口徑磁光隔離器隔離比的全光纖裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，本實施例的測量大口徑磁光隔離器隔離比的全光纖裝置是由光纖脈沖激光器1，第一光纖偏振控制器2、第二光纖偏振控制器8、第三光纖偏振控制器11，光纖隔離器3，光纖在線起偏器4，1×2光纖耦合器5，第一2×2光纖耦合器7、第二2×2光纖耦合器12，第一光纖準(zhǔn)直器9、第二光纖準(zhǔn)直器10，第一快速光電二極管13、第二快速光電二極管14、第三快速光電二極管16、第四快速光電二極管17、高速示波器15和待測磁光隔離器18連接構(gòu)成。

測量脈沖信號源1輸出信號經(jīng)過1×2耦合器5之后分別被耦合成沿兩個輸出光纖傳輸?shù)男盘柟狻Ｆ渲幸宦纷鳛檎蛎}沖信號進(jìn)入第一2×2光纖耦合器7的輸入端，一路作為反向脈沖信號進(jìn)入第二2×2光纖耦合器12的輸入端。第一光纖耦合器7將輸入激光脈沖信號耦合成分別沿兩個輸出光纖傳輸?shù)膬刹糠?，其中沿傳輸光纖直接進(jìn)入第一快速光電二極管14的激光脈沖信號為正向通過待測磁光隔離器的激光脈沖信號的參考信號，通過快速示波器15通道一的脈沖峰值來表征大小。從第一光纖耦合器7另一尾纖輸出的激光脈沖信號為待測磁光隔離器18的正向傳輸信號，進(jìn)入第一光纖準(zhǔn)直器9后被耦合成空間平行光并沿待測磁光隔離器18的正入射方向垂直入射。通過待測磁光隔離器18之后，該激光脈沖信號進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器10，再次被耦合成沿光纖傳輸?shù)募す庑盘?。該信號沿第?×2光纖耦合器12的輸出端進(jìn)入，并被耦合成兩部分，一部分傳輸?shù)焦饫w隔離器3時被損耗掉，另一部分進(jìn)入第二2×2光纖耦合器12的另一輸入端口，通過快速第四光電二極管17轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)入快速示波器15通道三。

同理，由1×2耦合器5另一輸出端進(jìn)入第二2×2光纖耦合器12的激光脈沖信號被該耦合器耦合成兩部分。其中一部分作為反向通過待測磁光隔離器18的激光脈沖信號的參考信號，經(jīng)過快速第三光電二極管16進(jìn)入快速示波器15的通道四。另一部分作為待測磁光隔離器18的反向傳輸信號，進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器10后被耦合成空間平行光并沿待測磁光隔離器18的反向入射方向垂直入射。通過待測磁光隔離器之后，該激光脈沖信號進(jìn)入第一光纖準(zhǔn)直器9，再次被耦合成沿光纖傳輸?shù)募す庑盘枴Ｔ撔盘栄氐谝?×2光纖耦合器7的輸出端進(jìn)入，并被耦合成兩部分，一部分傳輸?shù)焦饫w隔離器3時被損耗掉，另一部分進(jìn)入第一2×2光纖耦合器7的另一輸入端口，通過快速光電二極管第一13轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)入快速示波器15通道二。

本實施例中，1×2光纖耦合器5耦合比為1：9，9端作為反向入射信號光。

本實施例中，第一2×2光纖耦合器7耦合比為1：1。

本實施例中，第二2×2光纖耦合器12耦合比為199：1，其中199端連接光纖準(zhǔn)直器10，反向垂直入射待測磁光隔離器。

本發(fā)明的工作原理如下：

測量激光脈沖經(jīng)過1×2耦合器5之后分為正反兩個方向分別經(jīng)過第一2×2光纖耦合器7、第二2×2光纖耦合器12分光，其中一部分光作為正反兩個方向的傳輸激光脈沖信號經(jīng)第一光纖準(zhǔn)直器9和第二光纖準(zhǔn)直器10耦合成平行光垂直入射到待測隔離器。經(jīng)過待測隔離器18之后正反兩個方向的激光信號再次進(jìn)入對面的第二光纖準(zhǔn)直器10和第一光纖準(zhǔn)直器9，經(jīng)過2×2光纖耦合器之后分別進(jìn)入第三快速光電二極管16、第二快速光電二極管14。第四快速光電二極管17、第一快速光電二極管13分別與快速示波器15的通道四和通道一相連。通道四和通道一測得脈沖的峰值大小即為正方兩個方向透過待測隔離器的激光脈沖峰值大小。被第一2×2光纖耦合器7、第二2×2光纖耦合器12分光后的另一部分激光脈沖信號作為正反兩個方向的傳輸激光脈沖的參考信號，直接連接第二快速光電二極管14、第三快速光電二極管16。第二快速光電二極管14、第三快速光電二極管16分別與示波器15的通道二和通道三連接，通道二和通道三測得的脈沖峰值大小即為正向和反向傳輸激光脈沖參考信號的大小。

光纖偏振控制器2和光纖在線起偏器4相結(jié)合，即能使輸入信號保持固定的偏振態(tài)不變，隔離激光脈沖信號源1輸出信號偏振態(tài)抖動帶來的影響，又能通過調(diào)節(jié)偏振控制器2改變透過在線起偏器4激光脈沖能量的大小，為快速示波器15測量量程的選擇帶來極大的方便。

待測隔離器的檢偏器和起偏器具有檢偏振功能，在光纖準(zhǔn)直器9、10之前加入第二光纖偏振控制器8、第三光纖偏振控制器11可以實現(xiàn)正反向傳輸激光脈沖信號大小的獨立調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)更大的隔離比測試動態(tài)范圍。

在線圈不放電時，旋光玻璃無旋光效果，待測隔離器無隔離作用。此時通過待測隔離器起偏器和檢偏器之后激光脈沖的透過率稱為靜態(tài)透過率，靜態(tài)透過率只與兩個偏振片的夾角以及旋光玻璃的殘余反射有關(guān)，所以待測隔離器本身正反兩個方向的靜態(tài)透過率相等。同時，由于測量系統(tǒng)中1×2光纖耦合器5、第一2×2光纖耦合器7、第二2×2光纖耦合器12隔離比不盡相同，正反向入射激光脈沖的偏振態(tài)在進(jìn)入隔離器時的偏振態(tài)不一定與偏振片的偏振方向完全重合，正反兩個方向傳輸脈沖激光再次進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器10、第一光纖準(zhǔn)直器9時的耦合效率也不一定完全相同，所以很難將待測隔離器自身的透過率的絕對值測出?；谏鲜鲈颍瑴y量采用了透過率相對測量法及隔離比靜動態(tài)對比法的測量方法，即在線圈不放電時，示波器15測量一組數(shù)據(jù)，得出正反兩個方向的相對靜態(tài)透過率(由待測隔離器以及測量系統(tǒng)本身引入的損耗共同決定)分別為：

正向靜態(tài)相對透過率＝通道3_靜態(tài)/通道1_靜態(tài)

反向靜態(tài)相對透過率＝通道2_靜態(tài)/通道4_靜態(tài)

在線圈放電時(此時旋光玻璃具有旋光作用，隔離器具有隔離效果)示波器15測量一組數(shù)據(jù)，得出正反兩個方向的相對動態(tài)透過率分別為：

正向動態(tài)相對透過率＝通道3_動態(tài)/通道1_動態(tài)

反向動態(tài)相對透過率＝通道2_動態(tài)/通道4_動態(tài)

由于線圈放電與否只影響待測隔離器本身的透過率，而不影響測量系統(tǒng)其他原因引入的損耗，而且待測隔離器本身靜態(tài)透過率正反兩個方向相同，所以單次放電就可得出待測隔離器的隔離比如下：

為了更好的說明原理，此處假設(shè)測量系統(tǒng)各參數(shù)如下：

1)進(jìn)入1×2光纖耦合器5的激光脈沖信號的峰值功率為I。

2)假設(shè)1×2光纖耦合器5的耦合比是a:1，a作為正向入射信號光進(jìn)入第一2×2光纖耦合器7。

3)正向入射方向的第一2×2光纖耦合器7的耦合比是b:1，b端經(jīng)過光纖偏振控制器8后進(jìn)入第一光纖準(zhǔn)直器9。

4)反向入射方向的第二2×2光纖耦合器12的耦合比是c:1，c端經(jīng)過光纖偏振控制器11后進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器10。

5)隔離器本身的正反向透過率分別為T_正和T_反，

6)由于起偏器/檢偏器對正/反向光纖準(zhǔn)直器9、第二光纖準(zhǔn)直器10輸出信號的偏振濾光作用引起的損耗為η_正和η_反。

7)示波器15各通道測得的信號峰值大小表示為C1，C2，C3，C4。

則在靜態(tài)情況下示波器15測得信號為：

C1∝正向參考信號＝I×a/b+1

C4∝反向參考信號＝I/c+1

C3∝正向透過信號＝I×a×b×T_正×(1-η_正)/(b+1)×(c+1)

C2∝反向透過信號＝I×c×T_反×(1-η_反)/(b+1)×(c+1)

法拉第線圈放電，隔離器工作時示波器15測得信號為：

C1'∝正向參考信號＝I'×a/b+1

C4'∝反向參考信號＝I'/c+1

C3'∝正向透過信號＝I'×a×b×T'_正×(1-η_正)/(b+1)×(c+1)

C2'∝反向透過信號＝I'×c×T'_反×(1-η_反)/(b+1)×(c+1)

則隔離器的隔離比如下：

可以看出，各個1×2光纖耦合器5、第一2×2光纖耦合器7、第二2×2光纖耦合器12的耦合比例、測量用信號光的能量抖動和偏振態(tài)抖動以及第二光纖偏振控制器8、第三光纖偏振控制器11的調(diào)節(jié)都不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。且在讀取一組靜態(tài)數(shù)據(jù)以后，隔離器只需一次放電就可以精確測量隔離比。同時通過調(diào)節(jié)各光纖偏振控制器2、第二光纖偏振控制器8、第三光纖偏振控制器11和1×2光纖耦合器5、第一2×2光纖耦合器7、第二2×2光纖耦合器12的耦合比可以在示波器15動態(tài)范圍有限的情況下，進(jìn)一步擴(kuò)展隔離比的可測量動態(tài)范圍。