一種單模光纖線性雙折射測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種單模光纖線性雙折射測(cè)量裝置及方法，屬于單模光纖偏振測(cè)量技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 單模光纖可W傳輸兩個(gè)具有相同傳播常數(shù)的正交偏振模式，它們經(jīng)過(guò)相互簡(jiǎn)并后 能夠形成單一的偏振光矢量；然而，在單模光纖的實(shí)際使用中，由于受到單模光纖內(nèi)部殘余 應(yīng)力、纖忍楠圓度和外界溫度波動(dòng)等因素的影響，正交偏振模式的傳播常數(shù)不再相同，運(yùn)兩 個(gè)模式在傳輸過(guò)程中將產(chǎn)生附加的相位差，導(dǎo)致其合成偏振沿光纖的長(zhǎng)度方向發(fā)生變化， 出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。
[0003] 如果單模光纖對(duì)線偏振光的兩個(gè)正交偏振分量的傳播常數(shù)不同，則將出現(xiàn)線性雙 折射現(xiàn)象；如果單模光纖對(duì)輸出的左旋和右旋圓偏振光的傳播常數(shù)不同，則將出現(xiàn)圓雙折 射現(xiàn)象。
[0004] 研究表明：圓雙折射現(xiàn)象可W利用其互易性進(jìn)行消除；而線性雙折射常見(jiàn)于各種 精密光學(xué)傳感系統(tǒng)（比如光纖電流互感器），由此產(chǎn)生的偏振誤差往往很難消除，極大地降 低傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了有效消除單模光纖線性雙折射引起的偏振誤差，需要研究 線性雙折射的準(zhǔn)確測(cè)量方法。 陽(yáng)0化]現(xiàn)有技術(shù)1公開(kāi)了一種雙折射測(cè)量裝置（公開(kāi)號(hào)為CN102706809A)包括W下部 件：采用方波調(diào)制的準(zhǔn)直光源、圓起偏器、雙折射樣品、沃拉斯頓棱鏡和雙象限探測(cè)器等； 在運(yùn)個(gè)裝置中，雙折射樣品傳播由圓起偏器形成的圓偏振光，根據(jù)線性雙折射和圓雙折射 的定義可知，在雙折射樣品中主要出現(xiàn)圓雙折射，而非線性雙折射，換言之，該裝置更適用 于圓雙折射的測(cè)量；另外，該裝置的測(cè)量精度直接取決于圓起偏器的性能，其信號(hào)處理方法 將雙折射樣品的雙折射主軸與沃拉斯頓棱鏡的偏振主軸進(jìn)行同軸假設(shè)，在實(shí)際運(yùn)用中具有 較大的局限性。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)2(參見(jiàn)"基于波長(zhǎng)掃描調(diào)制法測(cè)量保偏光纖的偏振特性"，王韓毅等，《光 電子激光》，第18卷第11期）描述了一種基于波長(zhǎng)掃描調(diào)制法的線性雙折射測(cè)量裝置，該 裝置由寬帶可調(diào)諧激光器、滲巧光纖放大器、偏振分光棱鏡、待測(cè)光纖、沃拉斯頓棱鏡和光 功率計(jì)等組成，其工作原理是通過(guò)測(cè)量輸出光波信號(hào)隨波長(zhǎng)的歸一化功率，獲取線性雙折 射與波長(zhǎng)的調(diào)制關(guān)系曲線，在此基礎(chǔ)上，利用擬合算法計(jì)算出線性雙折射，然而，由于單模 光纖存在著色散問(wèn)題，運(yùn)種裝置的測(cè)量精度非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種單模光纖線性雙折射測(cè)量裝置及 方法，極大提高單模光纖線性雙折射的測(cè)量精度、同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能夠廣泛應(yīng)用在實(shí)際操作 中。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種單模光纖線性雙折射測(cè)量裝 置，它包括：
[0009] 偏振光源、準(zhǔn)直透鏡、旋光晶體、螺線管、可調(diào)直流電源、待測(cè)單模光纖、偏振分束 器、光功率計(jì)W及工控機(jī)；
[0010] 所述偏振光源的輸出尾纖位于第一準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)，第一旋光晶體安置在第一準(zhǔn) 直透鏡與第二準(zhǔn)直透鏡之間，第一旋光晶體上繞制第一螺線管，第一螺線管與第一可調(diào)直 流電源連接；
[0011] 所述待測(cè)單模光纖的一端位于第二準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)，另一端位于第=準(zhǔn)直透鏡的 焦點(diǎn)；第二旋光晶體安置在第=準(zhǔn)直透鏡和第四準(zhǔn)直透鏡之間，第二旋光晶體上繞制第二 螺線管，第二螺線管與第二可調(diào)直流電源連接；
[0012]所述偏振分束器的輸入尾纖I位于第四準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)、輸出尾纖I、II均與光 功率計(jì)連接；
[0013] 所述光功率計(jì)與工控機(jī)通過(guò)RS232數(shù)據(jù)線連接。
[0014] 所述偏振光源輸出消光比為40地的線偏振光，它的輸出尾纖1-1為長(zhǎng)度1.Om的 熊貓型保偏光纖。
[0015] 所述的第一準(zhǔn)直透鏡、第一旋光晶體和第二準(zhǔn)直透鏡在空間上相對(duì)獨(dú)立，=者的 軸屯、位于同一直線上并具有相同高度。
[0016] 所述的第=準(zhǔn)直透鏡、第二旋光晶體和第四準(zhǔn)直透鏡在空間上相對(duì)獨(dú)立，=者的 軸屯、位于同一直線上并具有相同高度。
[0017] 所述的待測(cè)單模光纖為長(zhǎng)度3.Om的單模光纖。
[0018]所述的偏振分束器的輸入尾纖為長(zhǎng)度0. 3m的單模光纖、輸出尾纖I、II均為長(zhǎng)度 1.Om的熊貓型保偏光纖。
[0019] 所述的光功率計(jì)的工作波長(zhǎng)范圍為800nm-1700nm、具備雙采集通道和RS232接 口、采樣頻率為4096化。
[0020] 所述的第一準(zhǔn)直透鏡輸出束腰直徑為2. 1mm的平行線偏振光束，第一準(zhǔn)直透鏡和 第二準(zhǔn)直透鏡的間距為20mm，第一旋光晶體的通光孔徑為5mm，長(zhǎng)度為15mm，費(fèi)爾德常數(shù)為 r/A;第一螺線管的長(zhǎng)度為15mm，截面半徑為5mm，繞制應(yīng)數(shù)為36應(yīng)。
[0021] 所述的第=準(zhǔn)直透鏡輸出束腰直徑為2. 1mm的平行楠圓偏振光束，第=準(zhǔn)直透鏡 和第四準(zhǔn)直透鏡的間距為20mm，第二旋光晶體的通光孔徑為5mm，長(zhǎng)度為15mm，費(fèi)爾德常數(shù) 為r/A;第二螺線管的長(zhǎng)度為15mm，截面半徑為5mm，繞制應(yīng)數(shù)為36應(yīng)。
[0022] 一種單模光纖線性雙折射測(cè)量方法，包括W下步驟：
[0023] 1、所述的偏振光源輸出線偏振光，經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡后形成平行線偏振光束，當(dāng) 第一可調(diào)直流電源向第一螺線管通入電流時(shí)，所形成的平行線偏振光束在垂直進(jìn)入第一旋 光晶體后發(fā)生偏振面旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡匯聚進(jìn)入待測(cè)單模光纖；
[0024] 2、由于待測(cè)單模光纖存在線性雙折射，輸入的線偏振光在經(jīng)過(guò)待測(cè)單模光纖后演 化成楠圓偏振光輸出；輸出的楠圓偏振光經(jīng)過(guò)第=準(zhǔn)直透鏡形成平行楠圓偏振光束，當(dāng)?shù)?二可調(diào)直流電源向第二螺線管通入電流時(shí)，所形成的平行楠圓偏振光束垂直進(jìn)入第二旋光 晶體后發(fā)生偏振面旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過(guò)第四準(zhǔn)直透鏡匯聚進(jìn)入偏振分束器的輸入尾纖；
[00巧]3、偏振分束器將輸入的楠圓偏振光分解成正交的兩束線偏振光，經(jīng)過(guò)偏振分束器 的輸出尾纖I、II進(jìn)入功率計(jì)測(cè)量；
[00%] 4、光功率計(jì)將測(cè)量得到的兩路正交信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)RS232數(shù)據(jù)線傳送到工控機(jī)上 處理；
[0027] 其中，經(jīng)過(guò)四次測(cè)量，分別為：
[002引 1)第一可調(diào)直流電源向第一螺線管通入電流111, 111為750mA，使得輸入第一旋光 晶體的平行線偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)22.5°;
[0029] 第二可調(diào)直流電源向第二螺線管通入電流Ii2,Ii2為1500mA，使得輸入第二旋光晶 體的平行楠圓偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)45°;在工控機(jī)上根據(jù)外差法對(duì)光功率計(jì)傳送的兩路 正交信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到的輸出結(jié)果為：
[0030] outputl=cos(2a+45° )sin2k-sin(2a+45°)cos2kcos5
[0031] 其中，a為偏振光源的輸出尾纖的偏振主軸與待測(cè)單模光纖的雙折射主軸之間的 夾角，K為待測(cè)單模光纖的雙折射主軸和偏振分束器的偏振主軸之間的夾角，5為待測(cè)單 模光纖的線性雙折射；
[0032] 2)第一可調(diào)直流電源向第一螺線管通入電流121，121為2250mA，使得輸入第一旋 光晶體的平行線偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)67.5°; 陽(yáng)03引第二可調(diào)直流電源向第二螺線管通入電流122, 122為1500mA，使得輸入第二旋光晶 體的平行楠圓偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)45° ;在工控機(jī)上根據(jù)外差法對(duì)光功率計(jì)傳送的兩路 正交信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到的輸出結(jié)果為：
[0034] output2=-sin(2a+45° )sin2k-cos(2a+45°)cos2kcos5
[0035] 3)第一可調(diào)直流電源向第一螺線管通入電流I31，I31為750mA，使得輸入第一旋光 晶體的平行線偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)22.5°;
[0036] 第二可調(diào)直流電源向第二螺線管通入電流132, 132為3000mA，使得輸入第二旋光晶 體的平行楠圓偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)90°;在工控機(jī)上根據(jù)外差法對(duì)光功率計(jì)傳送的兩路 正交信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到的輸出結(jié)果為：
[0037] outpu1:3=-cos (2 a+45°)cos2K-sin (2 a+45° )sin2Kcos 5
[0038] 4)第一可調(diào)直流電源向第一螺線管通入電流I41，I41為2250mA，使得輸入第一旋 光晶體的平行線偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)67.5°;
[0039] 第二可調(diào)直流電源向第二螺線管通入電流142, 142為3000mA