一種測量保偏光纖平均雙折射及其溫度系數(shù)的系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及測量保偏光纖平均雙折射及其溫度系數(shù)的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 保偏光纖因其在光纖通信和光纖傳感領域有著廣泛的應用而引起人們的極大關 注和廣泛研究，特別應用于光纖傳感領域的慣性導航裝置光纖陀螺。高精度光纖陀螺光纖 環(huán)主要采用保偏光纖，其原因是保偏光纖具有的高平均雙折射光纖結構可以實現(xiàn)單偏振狀 態(tài)工作，可以確保光纖的偏振態(tài)不受外界的干擾而發(fā)生變化，保證光纖環(huán)中的順、逆時針的 兩路光充分相干，從而保證輸出干涉信號的穩(wěn)定。因此測量保偏光纖的平均雙折射對于其 應用具有非常重要的意義。由光學傳輸理論可知，兩束處于保偏光纖快軸和慢軸上的激光， 由于偏振模色散（PMD)，兩偏振模式以不同的速度沿保偏光纖傳播，因此在光纖出射系數(shù)端 將會發(fā)生相對時間延遲，如圖1所示。目前，基于這種思路測量保偏光纖平均雙折射的方 法主要有光頻域反射技術以及偏振式串擾分析法。2015年1月，加拿大渥太華大學鮑曉 毅課題組利用光頻域反射技術（Da-Peng Zhou, Zengguang Qin, Wenhai Li." Distributed group birefringence measurement in a polarization-maintaining fiber using optical frequency-domain reflectometry"）實現(xiàn)了空間分辨率為 7. 8cm、長度為 5. 925m 保偏光纖平均雙折射分布式測量。由于其空間分辨率直接由掃頻范圍和采樣率決定，因 此這種方法的不足之處在于其對儀器設備要求較高，測量時間較長，且僅適用于短距離光 纖的測量，同時也不能測量長距離保偏光纖的雙折射及其溫度系數(shù)。2014年11月，天津 大學李志宏等人利用偏振式串擾分析法（Zhihong Li, X. Steve Yao, Fellow 0SA, Xiaojun Chen, "Complete Characterization of Polarization-Maintaining Fibers Using Distributed Polarization Analysis"）實現(xiàn)了空間分辨率為6cm、長度為300m保偏光纖 平均雙折射分布式測量。這種技術的不足之處在于操作較為復雜，同時它也無法測量長距 離保偏光纖的雙折射及其溫度系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法對儀器設備要求較高，測量時間較長，僅適用 于短距離保偏光纖平均雙折射的測量，操作較為復雜，以及無法測量長距離保偏光纖的平 均雙折射及其溫度系數(shù)的問題，而提出了一種測量保偏光纖平均雙折射及其溫度系數(shù)的系 統(tǒng)及方法。
[0004] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0005] -種測量保偏光纖平均雙折射及其溫度系數(shù)的系統(tǒng)由光源1，光源2,環(huán)形器，偏 振控制器PCl或偏振連接器1，偏振控制器PC2或偏振連接器2,濾波器，數(shù)據(jù)采集裝置，溫 控設備，電光調(diào)制器1和電光調(diào)制器2組成；光源1通過電光調(diào)制器1與環(huán)形器的栗浦光輸 入端相連，環(huán)形器的混合光端通過偏振控制器PCl或偏振連接器1與待測保偏光纖相連，待 測保偏光纖通過偏振控制器PC2或偏振連接器2與經(jīng)過電光調(diào)制器2的光源2相連，濾波 器和環(huán)形器的混合光輸出端相連，數(shù)據(jù)采集裝置和濾波器相連；待測保偏光纖放入溫控設 備內(nèi)；
[0006] 光源1經(jīng)電光調(diào)制器1調(diào)制后產(chǎn)生一束栗浦光，光源2經(jīng)電光調(diào)制器2調(diào)制后產(chǎn) 生兩束上下邊頻帶探測光。其中，上下邊頻帶探測光為不同頻率的探測光，兩束探測光與栗 浦光的頻率差相同。環(huán)形器用于將栗浦光從環(huán)形器的栗浦光輸入端進入，從環(huán)形器的混合 光端輸出，再進入待測保偏光纖中與探測光相遇并產(chǎn)生受激布里淵散射，然后將產(chǎn)生的受 激布里淵散射信號從環(huán)形器的混合光端進入，從環(huán)形器的混合光輸出端輸出，濾波器用于 濾掉探測光經(jīng)過電光調(diào)制器2后產(chǎn)生的上下邊頻帶探測光中上邊頻帶探測光與栗浦光相 互作用后與產(chǎn)生的布里淵散射信號，保留下邊頻帶探測光與栗浦光作用產(chǎn)生的布里淵散射 信號，數(shù)據(jù)采集裝置用于采集下邊頻帶探測光與栗浦光作用產(chǎn)生的布里淵散射信號，溫控 設備用于調(diào)控待測保偏光纖的溫度，偏振控制器PCl和偏振連接器1用于控制栗浦光的偏 振態(tài)，偏振控制器PC2和偏振連接器2用于控制探測光的偏振態(tài)。
[0007] -種測量保偏光纖平均雙折射及其溫度系數(shù)的方法具體是按以下步驟進行的：
[0008] 步驟一、調(diào)節(jié)與采集信號：
[0009] 光源1發(fā)出栗浦光，光源2發(fā)出探測光，光源1發(fā)出的栗浦光頻率為V 1，光源2發(fā) 出的探測光頻率為V 2,栗浦光和探測光的頻率差為待測保偏光纖的布里淵頻移；
[0010] 調(diào)節(jié)栗浦光的功率、脈寬、頻率、偏振態(tài)和探測光的功率、頻率、偏振態(tài)使其產(chǎn)生受 激布里淵散射信號，即在保偏光纖一端注入栗浦光至保偏光纖的快軸或慢軸上，在保偏光 纖的快軸或慢軸的另一端注入頻率與栗浦光頻率相差一個布里淵頻移的探測光，栗浦光的 90%以上的能量被耦合到反向傳輸?shù)奶綔y光中產(chǎn)生受激布里淵散射信號；
[0011] 調(diào)節(jié)偏振控制器PCl和PC2使受激布里淵散射信號強度達到最大，若利用數(shù)據(jù)采 集裝置采集此時的信號為保偏光纖快軸上產(chǎn)生的受激布里淵散射信號，調(diào)節(jié)PCl至受激布 里淵散射信號最小后，再調(diào)節(jié)PC2使受激布里淵散射信號達到最大，則此時利用數(shù)據(jù)采集 裝置采集的信號為保偏光纖的慢軸上產(chǎn)生的受激布里淵散射信號；
[0012] 若利用數(shù)據(jù)采集裝置采集此時的信號為保偏光纖慢軸上產(chǎn)生的受激布里淵散射 信號，調(diào)節(jié)PCl至受激布里淵散射信號最小后，再調(diào)節(jié)PC2使受激布里淵散射信號達到最 大，則此時利用數(shù)據(jù)采集裝置采集的信號為保偏光纖的快軸上產(chǎn)生的受激布里淵散射信 號；
[0013] 其中，保偏光纖的慢軸產(chǎn)生的受激布里淵散射信號寬度大于保偏光纖的快軸產(chǎn)生 的受激布里淵散射信號；
[0014] 步驟二、采用控溫設備使保偏光纖溫度分別在-40°C，-20°C，(TC，20°C，40°C，60°C 時，測量快軸和慢軸產(chǎn)生的布里淵散射信號；
[0015] 步驟三、數(shù)據(jù)處理：
[0016] 將同一溫度下的保偏光纖的快軸和慢軸兩組受激布里淵散射信號導入到origin 數(shù)據(jù)處理軟件中繪成曲線，對保偏光纖的快軸和慢軸的兩組受激布里淵散射信號數(shù)據(jù)進行 求導，根據(jù)極值點的坐標求出他們的相對延遲采樣點n，根據(jù)相對延遲采樣點n、采樣率N與 兩軸上受激布里淵散射信號的相對時間延遲Vi之間的關系為：Vi=n / N，求出相對時間延 遲Vi米樣率N為事先設置；
[0017] 保偏光纖長度為1，保偏光纖快軸上的折射率為Ill，保偏光纖慢軸上的折射率為 n2，保偏光纖的平均雙折射為V/?，兩軸上受激布里淵散射信號的相對時間延遲為V?,光在 真空中的速度為c，受激布里淵散射信號在保偏光纖快軸上的時間為^，受激布里淵散射信 號在保偏光纖慢軸上的時間為〖2，根據(jù)激光在保偏光纖快軸和慢軸上傳輸?shù)乃俣?、時間、光 程之間的關系：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 得出兩軸上受激布里淵散射信號的相對時間延遲與保偏光纖的平均雙折射V/i 之間的關系為：
[0023]
[0024] 設在溫度T1下保偏光纖的平均雙折射為V? ,在溫度T2下保偏光纖的平均雙折射 為％3, T。為一個常數(shù)，得出
[0025] (1)
[0026] ⑵
[0027] 公式⑵-(1)得：
[0028]
[0029]
[0030]
為保偏光纖的平均雙折射隨溫度!'線性變化的斜率，斜率的絕對值 即為溫度系數(shù)γ。
[0031] 發(fā)明效果
[0032] 采用本發(fā)明的一種測量保偏光纖平均雙折射及其溫度系數(shù)的