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      一種光學(xué)偏振器件分布式偏振串?dāng)_測(cè)量的噪聲抑制裝置與抑制方法

      文檔序號(hào):9324854閱讀:1087來(lái)源:國(guó)知局
      一種光學(xué)偏振器件分布式偏振串?dāng)_測(cè)量的噪聲抑制裝置與抑制方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于光纖測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及到一種光學(xué)偏振器件分布式偏振串?dāng)_測(cè) 量的噪聲抑制裝置與抑制方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 偏振光學(xué)器件是構(gòu)成高精度光學(xué)測(cè)量與傳感系統(tǒng)的重要組成部分,目前光學(xué)器件 性能測(cè)試與評(píng)價(jià)方法和裝置落后的現(xiàn)狀,嚴(yán)重阻礙了高精度光學(xué)測(cè)量與傳感系統(tǒng)的發(fā)展。 例如:高精度光纖陀螺的核心器件一一鈮酸鋰集成波導(dǎo)調(diào)制器(俗稱Y波導(dǎo))的芯片消光 比已經(jīng)達(dá)到SOdB以上;而常用的偏振性能檢測(cè)儀器一一消光比測(cè)試儀,通常的檢測(cè)分辨率 在50dB左右(按照能量定義,即為IO5),分辨率最高的為美國(guó)dBm Optics公司研制Model 4810型偏振消光比,測(cè)量?jī)x測(cè)量極限也僅有72dB。
      [0003] 光學(xué)相干域偏振測(cè)量技術(shù)(OCDP)是一種高精度分布式偏振耦合測(cè)量技術(shù),它基 于寬譜光干涉原理,通過(guò)掃描式光學(xué)干涉儀進(jìn)行光程補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)不同偏振模式間的干涉,可 對(duì)偏振串?dāng)_的空間位置、偏振耦合信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行高精度的測(cè)量與分析,進(jìn)而獲得光學(xué)偏振 器件的消光比、拍長(zhǎng)等重要參數(shù)。OCDP技術(shù)作為一種非常有前途的分布式光學(xué)偏振性能的 檢測(cè)方法,被廣泛用于保偏光纖制造、保偏光纖精確對(duì)軸、器件消光比測(cè)試等領(lǐng)域。與其他 如:偏振時(shí)域反射技術(shù)(POTDR)、光頻域反射技術(shù)(OFDR)、光相干域反射技術(shù)(OCDR)等分 布式檢測(cè)方法與技術(shù)相比,OCDP技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高空間分辨率(5~IOcm)、大測(cè)量范 圍(測(cè)量長(zhǎng)度幾公里)、超高測(cè)量靈敏度(耦合能量-80~-IOOdB)、超大動(dòng)態(tài)范圍(10s~ 101°)等優(yōu)點(diǎn),非常有希望發(fā)展成為一種高精度、通用化測(cè)試技術(shù)和系統(tǒng)。由于它最為直接 和真實(shí)地描述了信號(hào)光在光纖光路中的傳輸行為,所以特別適合于對(duì)光纖器件、組件,以及 光纖陀螺等高精度、超高精度干涉型光纖傳感光路進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。
      [0004] 20 世紀(jì) 90 年代初,法國(guó) Herve Lefevre 等人[Method for the detection of polarization couplings in a birefringent optical system and application of this method to the assembling of the components of an optical system, US Patent 4863631]首次公開(kāi)了基于白光干涉原理的0⑶P系統(tǒng),它采用超輻射發(fā)光二極管(SLD)作 為光源和空間干涉光路作為光程相關(guān)測(cè)量結(jié)構(gòu)。法國(guó)Photonetics公司根據(jù)此專利研制了 WIN-P 125和WIN-P 400兩種型號(hào)0⑶P測(cè)試系統(tǒng),主要用于較短(500m)和較長(zhǎng)(1600m)保 偏光纖的偏振特性分析。其主要性能為偏振串?dāng)_靈敏度為_(kāi)70dB、動(dòng)態(tài)范圍為70dB,后經(jīng)過(guò) 改進(jìn),靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍分別提升到_80dB和80dB。
      [0005] 2011年,天津大學(xué)張紅霞等人公開(kāi)了一種光學(xué)偏振器件偏振消光比的檢測(cè)方法和 檢測(cè)裝置(中國(guó)專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01110052231. 3),同樣采用空間干涉光路作為OCDP的核心裝 置,通過(guò)檢測(cè)耦合點(diǎn)的耦合強(qiáng)度,推導(dǎo)出偏振消光比。該裝置適用于保偏光纖、保偏光纖耦 合器、偏振器等多種光學(xué)偏振器件。與Herve Lefevre等人的方案相比,技術(shù)性能和指標(biāo)相 近。
      [0006] 同年,美國(guó)通用光電公司(General Photonics Corporation)的姚曉天等人 公開(kāi)了一種用于保偏光纖和光學(xué)雙折射材料中分布式偏振串?dāng)_測(cè)量的全光纖測(cè)量系統(tǒng) (US20110277552, Measuring Distributed Polarization Crosstalk in Polarization Maintaining Fiber and Optical Birefringent Material),利用在光程相關(guān)器之前增加 光程延遲器,抑制偏振串?dāng)_測(cè)量時(shí)雜散白光干涉信號(hào)的數(shù)量和幅度。該方法可以將全光纖 測(cè)量系統(tǒng)的偏振串?dāng)_靈敏度提高到_95dB,但動(dòng)態(tài)范圍保持在75dB。
      [0007] 2012年,本發(fā)明申請(qǐng)人公開(kāi)了一種提高光學(xué)器件偏振串?dāng)_測(cè)量性能的裝置及方法 (中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N201210379407. 0)和一種光學(xué)器件偏振串?dāng)_測(cè)量的全光纖測(cè)試裝置 (CN201210379406. 6),采用全光纖光程相關(guān)器結(jié)構(gòu),增加偏振分束和在線旋轉(zhuǎn)連接功能,抑 制拍噪聲,有效提高測(cè)量靈敏度,在相關(guān)器中增加法拉第旋光器,增加光源的穩(wěn)定性,提高 光源功率的利用率,以上兩種裝置均適用于多種偏振器件的性能測(cè)試。與美國(guó)通用光電公 司相比,可以將測(cè)量系統(tǒng)的偏振串?dāng)_靈敏度提高到-95dB的同時(shí),使動(dòng)態(tài)范圍保持在優(yōu)于 95dB。靈敏度已經(jīng)接近測(cè)量極限,主要受限于光源的相對(duì)強(qiáng)度噪聲。在不改變光路結(jié)構(gòu)、優(yōu) 化元件參數(shù)的強(qiáng)度下,測(cè)量靈敏度將無(wú)法進(jìn)一步得到提升。
      [0008] 2013年,本發(fā)明申請(qǐng)人提出了一種大掃描量程光學(xué)相干域偏振測(cè)量裝置(中國(guó)專 利申請(qǐng)?zhí)朇N201310736313. 4),使用多個(gè)連續(xù)式光程擴(kuò)展單元級(jí)聯(lián),并使單元中的掃描光學(xué) 器件成對(duì)出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)光程掃描擴(kuò)展,抑制掃描器強(qiáng)度浮動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。主要解決的問(wèn)題是 如何提高偏振串?dāng)_測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性,測(cè)量靈敏度性能沒(méi)有改善。
      [0009] 2014年,本發(fā)明申請(qǐng)人提出了一種可抑制干涉噪聲的光學(xué)相干偏振測(cè)量裝置 (中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N201410120901.4),采用全光纖型偏振態(tài)控制器消除光學(xué)器件殘余 光反射,使用法拉第旋光器的光程解調(diào)裝置克服干涉中的偏振衰落效應(yīng),有效抑制干涉 噪聲;提出帶有光程掃描位置和速度校正的光學(xué)相干域偏振測(cè)量裝置(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?CN201410120591. 6),通過(guò)對(duì)光程掃描的校正,提高了偏振測(cè)量裝置的空間精度和探測(cè)靈敏 度。但是,以上裝置均未對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的信噪比有明顯提升,并且所使用大多為保偏光纖,會(huì) 引起偏振串?dāng)_噪聲的增加。
      [0010] 為進(jìn)一步提高偏振串?dāng)_的測(cè)試性能,包括測(cè)量靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和器件測(cè)量長(zhǎng)度 等,特別是如何能調(diào)節(jié)偏振串?dāng)_測(cè)試系統(tǒng)的信噪比,提高其測(cè)試信噪比,提升測(cè)試系統(tǒng)的 靈敏度,成為研究的熱點(diǎn)。通過(guò)在干涉兩臂中的固定長(zhǎng)度光程參考臂中增加可調(diào)光衰減器, 在保證散粒噪聲與RIN噪聲可比擬的前提下,在衰減因子的取值范圍內(nèi)合理取值,會(huì)使信 噪比獲得大幅度提升,提高測(cè)量的靈敏度。
      [0011] 本發(fā)明提供了一種光學(xué)偏振器件分布式串?dāng)_測(cè)量噪聲抑制裝置與方法,首先,采 用偏振分束器將傳輸光和親合光相分離,并使其二者分別傳輸在光程相關(guān)器的兩個(gè)相干臂 中;其次,通過(guò)對(duì)傳輸光能量的衰減,來(lái)降低相對(duì)強(qiáng)度噪聲噪聲;最后,通過(guò)合理選擇衰減 倍數(shù),并控制熱噪聲的幅度,可以使散粒噪聲成為測(cè)量的主要限制因素,這就大大地提高了 測(cè)量光路的噪聲抑制能力。本發(fā)明具有噪聲抑制效果明顯、測(cè)量光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn) 便等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于保偏光纖、集成波導(dǎo)調(diào)制器(Y波導(dǎo))等光學(xué)器件偏振性能的高精度測(cè) 量與分析。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)測(cè)試信號(hào)的信噪比,提高了偏振串?dāng)_測(cè)量的靈敏 度和動(dòng)態(tài)范圍,用于光學(xué)器件偏振性能的高精度測(cè)量與分析的光學(xué)偏振器件分布式串?dāng)_測(cè) 量噪聲抑制裝置,本發(fā)明的目的還在于提供一種光學(xué)偏振器件分布式串?dāng)_測(cè)量噪聲抑制方 法。
      [0013] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
      [0014] 一種光學(xué)偏振器件分布式偏振串?dāng)_測(cè)量的噪聲抑制裝置,包括寬譜光源411、起偏 器421、第1光纖旋轉(zhuǎn)連接器422、第2光纖旋轉(zhuǎn)連接器424、待測(cè)光纖器件423、光程相關(guān)器 430、偏振串?dāng)_檢測(cè)與信號(hào)記錄裝置450,包括:
      [0015] 1.寬譜光源411通過(guò)起偏器421、第1旋轉(zhuǎn)連接器422與待測(cè)光纖器件423通過(guò) 保偏光纖連接,第1旋轉(zhuǎn)連接器422使起偏器421的輸出尾纖與待測(cè)光纖器件423的輸入 尾纖偏振特征軸完成0°~0°或0°~90°對(duì)準(zhǔn),將起偏器421輸出的線偏光在待測(cè)光纖 器件423的快軸或慢軸上傳輸成為傳輸光,經(jīng)過(guò)待測(cè)光纖器件423時(shí),傳輸光向慢軸或快軸 部分耦合產(chǎn)生耦合光,待測(cè)光纖器件423通過(guò)第2旋轉(zhuǎn)連接器424與光程相關(guān)器430連接, 第2旋轉(zhuǎn)連接器424使待測(cè)光纖器件423的輸出尾纖與光程相關(guān)器輸入尾纖的偏振征軸實(shí) 現(xiàn)0°~0°或0°~90°對(duì)準(zhǔn),使光程相關(guān)器430輸入尾纖的快軸或慢軸中傳輸傳輸光、 慢軸或快軸中傳輸耦合光;
      [0016] 2.光程相關(guān)器430,由偏振分束器431、光開(kāi)關(guān)432、可調(diào)衰減器440、光程掃描器 441、干涉信號(hào)探測(cè)器442組成,偏振分束器431使輸入尾纖中快軸與慢軸中的光束分離,使 傳輸光分別在光程相關(guān)器430的兩相干臂中傳輸;
      [0017] 3.光開(kāi)關(guān)432截?cái)鄠鬏敼猓_定熱噪聲是否低于相對(duì)強(qiáng)度RIN噪聲和散粒噪聲,調(diào) 節(jié)寬譜光源411輸出光強(qiáng),滿足最小能量要求;調(diào)節(jié)光衰減器440的衰減倍數(shù)使RIN噪聲低 于散粒噪聲,衰減后的傳輸光與耦合光在干涉信號(hào)探測(cè)器442發(fā)生干涉并接收,將信號(hào)傳 送至偏振串?dāng)_檢測(cè)與信號(hào)記錄裝置450。
      [0018] 所述的光程相關(guān)器430,光程掃描器441處于最小光程時(shí),光程相關(guān)器430的固定 長(zhǎng)度光程一臂的絕對(duì)光程略大于長(zhǎng)度可變光程掃描一臂的光程;光程掃描器441光程的變 化范圍大于待測(cè)光學(xué)器件耦合光與傳輸光之間的最大光程差異。
      [0019] 所述的光程相關(guān)器430,由Mach-Zehnder結(jié)
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