專利名稱：一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光器件測量方法，尤其涉及一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法及裝置，屬于光器件測量、微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著高速光通信的迅猛發(fā)展和不斷完善，為了保證系統(tǒng)的整體性能，必然需要精確了解系統(tǒng)中光器件的特性。然而，要得到精確的光器件特性，必須輔以高精度的光器件測量方法和裝置。具體來看，對于光器件測量方法或裝置，一般有以下幾個方面的要求，(I)測量能力。對于光器件而言，表征光器件性能的參數(shù)有很多，包括插入損耗、色散、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散等。對于光器件測量方法及裝置，首先要保證能夠盡可能的滿足以上所有參數(shù)的測量需求，盡可能從多維度表征器件的參數(shù)性能。(2)測量范圍。光器件測量方法或裝置必須有足夠大的測量范圍，這樣才能用來測量寬帶響應(yīng)的器件。(3)測量精度。精度越高，意味著測量得到的結(jié)果與真實值更加接近，只有在高精度測量的基礎(chǔ)上才能發(fā)揮器件最大的作用。(4)響應(yīng)時間。響應(yīng)時間指的是得到測量結(jié)果所花費的時間。對于測量儀器，我們普遍需要其在保證高精度的前提下所用的時間盡可能少，只有這樣才能從根本上提高效率，提聞生廣力。然而，針對以上的諸多要求，現(xiàn)有的光器件測量方法和裝置僅能滿足其中的一個或幾個要求，不能滿足以上所有的要求。例如調(diào)制相移法(參見[T.Niemi，M.Uusimaa, and H.Ludvigsen, “Limitations of phase-shift method in measuringdense group delay ripple of fiber Bragg gratings,，，IEEE Photon.Technol.Lett,vol.13，n0.12，1334-1336 (2001).])將微波信號經(jīng)強度調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)過待測器件后再轉(zhuǎn)換回微波信號，并與原信號相比，通過比較兩者之間的相位差，得到器件的傳輸函數(shù)。該方法能夠保證較大的測量范圍，但是測量精度受激光器線寬的限制，通常不高。而且，該方法需要對單個波長信號的所有偏振態(tài)情況進行數(shù)據(jù)采集和集中處理，這種串行的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模式限制了測量的響應(yīng)時間。單邊帶調(diào)制法(參見[J.E.Rom0n，M.Y.Frankel, andR.D.Esman, "Spectral characterization of fiber gratings with highresolution, "Opt.Lett., vol.23, n0.12, pp.939-941，Jun.1998.])通過微波掃頻的方式代替了傳統(tǒng)的光波掃頻，大大提高了系統(tǒng)的測量精度。但是由于微波掃頻帶寬的限制，該方法的測量范圍很小，不能滿足寬帶器件的測試需求。而且該方法采用的同樣是串行的數(shù)據(jù)采集和處理方式，在提高掃頻次數(shù)的同時，測量所用的時間大大增加。還有一種方法稱為偏振偏轉(zhuǎn)干涉法(參見[G.D.Vanffiggeren, A.R.Motamedi, and D.M.Baney, 〃Single_scaninterferometric component analyzer, 〃IEEE Photon.Technol.Lett., vol.15, n0.2, pp.263-265, 2003]),該方法通過干涉結(jié)構(gòu)保證輸入待測光器件光信號包含兩個正交偏振態(tài),通過對光器件沿著兩個不同偏振方向的響應(yīng)進行處理，得到光器件全參數(shù)。但是，一方面采用的是光波掃頻，精度不高，另一方面同 樣是串行處理模式，測量時間很難提高。綜上所述，一個滿足全參數(shù)測量要求，測量精度很高、測量范圍很寬并且測量響應(yīng)時間相對較快的光器件測量方法和測量裝置當(dāng)前尚未有有效解決方案的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法及裝置，能夠在大測量范圍內(nèi)實現(xiàn)光器件的全參數(shù)測量，且具有更高的測量分辨率以及更短的測量響應(yīng)時間。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:—種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法，利用干涉結(jié)構(gòu)使通過待測光器件的輸入光信號包含兩個正交偏振態(tài)，通過對待測光器件沿著兩個不同偏振方向的響應(yīng)進行處理，得到待測光器件參數(shù)；所述輸入光信號是利用光頻梳調(diào)制器將微波掃頻信號調(diào)制到單一波長的光載波上，得到的梳齒間隔固定的掃頻光頻梳信號；對于通過待測光器件的兩個不同偏振方向的掃頻光頻梳信號，分別利用波分復(fù)用器并行提取出光頻梳的每根梳齒，得到每個梳齒所對應(yīng)頻段的待測光器件參數(shù)，進而得到掃頻光頻梳所對應(yīng)的整個頻段內(nèi)的待測光器件參數(shù)。一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量裝置，包括沿光路走向依次連接的輸入光信號生成單元、副干涉儀、主干涉儀、偏振分束器，以及主控單元、第一光電探測單元、第二光電探測單元、第三光電探測單元；所述副干涉儀的輸出端通過第一光電探測單元與所述主控單元連接，所述偏振分束器的兩個輸出端分別通過第二光電探測單元、第三光電探測單元與所述主控單元連接；所述副干涉儀、主干涉儀均為雙光束干涉儀，副干涉儀的其中一條光路中串聯(lián)有第一偏振控制器，主干涉儀與副干涉儀之間串聯(lián)有第二偏振控制器；所述輸入光信號生成單元包括單一波長光源、微波掃頻源、光頻梳調(diào)制器，光頻梳調(diào)制器的光輸入端、微波輸入端分別與單一波長光源的輸出端、微波掃頻源的輸出端連接，光頻梳調(diào)制器的輸出端與所述副干涉儀的輸入端連接，微波掃頻源的控制端與所述主控單元連接；所述第二光電探測單元、第三光電探測單元分別包含一個波分復(fù)用器，兩個波分復(fù)用器的輸入端分別與所述偏振分束器的兩個輸出端連接，兩個波分復(fù)用器的所有輸出端各自通過一個光電探測器與所述主控單元連接。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:1、極高的測量速度:本發(fā)明將測量范圍劃分成n個頻段，并采用掃頻光頻梳同時測量n個頻段內(nèi)器件的響應(yīng)，因此，相比于原來的單個光源的掃頻操作，測量時間縮短為原來的1/n ；2、極高的測量分辨率:傳統(tǒng)的偏振偏轉(zhuǎn)干涉法掃頻操作是由激光器來完成的，由于激光器的掃頻間隔往往比較大(約為200MHz)，因此，無法實現(xiàn)高分辨率的光器件測量，而本發(fā)明所采用的光頻梳受益于成熟的電頻譜分析技術(shù)，其掃頻間隔可低至幾Hz，從而可實現(xiàn)超高分辨率的光器件測量。


圖1為本發(fā)明光器件測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明測量光纖布拉格光柵(FBG)傳輸函數(shù)的原理不意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明:本發(fā)明的思路是在現(xiàn)有基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法的基礎(chǔ)上，采用基于光頻梳的并行處理方式和基于微波掃頻的高精度掃頻方式，同時精確測量光器件在光頻梳梳齒所對應(yīng)的各頻段的傳輸傳輸函數(shù)，并通過數(shù)值處理得到寬帶的傳輸函數(shù)，從而實現(xiàn)高精度、大范圍、快速的光器件全參數(shù)測量。圖1顯示了本發(fā)明的光器件測量裝置的基本結(jié)構(gòu)，如圖所示，該測量裝置包括沿光路走向依次連接的輸入光信號生成單元、副干涉儀、主干涉儀、偏振分束器，以及主控計算機、第一光電探測單元、第二光電探測單元、第三光電探測單元；所述副干涉儀的輸出端通過第一光電探測單元(本實施例中為直接采用一個光電探測器)與所述主控計算機連接，所述偏振分束器的兩個輸出端分別通過第二光電探測單元、第三光電探測單元與所述主控計算機連接。所述副干涉儀、主干涉儀均為雙光束干涉儀，如圖所示，每個雙光束干涉儀均包括一個光分束器和一個光合束器，光分束器將輸入光信號分為兩路，光合束器將兩路光信號合為一路。其中，副干涉儀的其中一條光路中串聯(lián)有第一偏振控制器，可對光信號的偏振方向及強度進行調(diào)整。主干涉儀與副干涉儀之間串聯(lián)有第二偏振控制器。本發(fā)明的輸入光信號生成單元如圖所示，包括激光器、微波掃頻源、光頻梳調(diào)制器，光頻梳調(diào)制器的光輸入端、微波輸入端分別與激光器的輸出端、微波掃頻源的輸出端連接，光頻梳調(diào)制器的輸出端與所述副干涉儀的輸入端連接，微波掃頻源的控制端與所述主控計算機連接。本發(fā)明技術(shù)方案中，為了能夠快速有效提取光頻梳中的每個光梳齒，第二光電探測單元和第三光電探測單元均采用一個波分復(fù)用器與多個光電探測器組合的方式，如圖1所示，波分復(fù)用器將掃頻光頻梳中的每根光梳齒提取出來并分配至不同的輸出端口，每個輸出端口均連接有一個光電探測器，將相應(yīng)的光梳齒信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出至主控單元。上述裝置中，光頻梳調(diào)制器用于將微波掃頻源輸出的掃頻微波信號調(diào)制到激光器輸出的單一波長的光載波上，產(chǎn)生梳齒間隔固定的掃頻光頻梳信號；副干涉儀用于將輸入的光信號轉(zhuǎn)換為包含兩個正交偏振態(tài)的光信號；第二偏振控制器用來控制輸入至主干涉儀的光信號的偏振態(tài)，在不級聯(lián)待測器件的情況下，偏振分束器兩輸出端口輸出的光功率相等；主干涉儀用于引入待測光器件；偏振分束器用于將光信號分解到兩個正交偏振方向上；三個光電探測單元用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；主控計算機用于控制掃頻微波源、監(jiān)控第一光電探測單元輸出信號的強弱、存儲及處理第二、第三光電探測單元輸出的電信號。該測量裝置的測量過程如下:光頻梳調(diào)制器將微波掃頻源輸出的掃頻微波信號調(diào)制到激光器輸出的光載波上，產(chǎn)生梳齒間隔固定的掃頻光頻梳信號；在副干涉儀內(nèi)，利用光分束器將輸入的掃頻光頻梳信號分成兩路，在其中一路插入第一偏振控制器，兩路信號通過光合束器重新合光成一路。副干涉儀輸出信號的一部分輸至第一光電探測單兀，第一光電探測單元將探測到的光信號的信息輸至主控計算機。通過調(diào)節(jié)副干涉儀內(nèi)的第一偏振控制器，主控計算機監(jiān)控副探測器輸出功率的大小，使之最小，從而保證副干涉儀輸出的光信號有包含兩個沿著正交方向的分量。在主干涉儀內(nèi)，同樣通過光分束器將光信號分成兩路。在未接待測光器件時，調(diào)節(jié)第二偏振控制器，使光信號在偏振分束器兩個偏振方向上的輸出光強相同。隨后，在主干涉儀的其中一條光路中插入光待測器件，兩路光信號通過光合束器重新合光成一路。主干涉儀的輸出與偏振分束器的輸入端相連，偏振分束器的兩個輸出端分別與第二、第三光電探測單元的輸入端(即兩個波分復(fù)用器的輸入端)相連。對于偏振分束器輸出的兩個正交偏振方向的光信號，第二、第三光電探測單元首先采用波分復(fù)用器依次劃分出光頻梳的每根梳齒對應(yīng)頻段并分配輸出端口，在每個輸出端口都連接光電探測器，這些光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并行傳輸至主控單元；主控單元整合并行輸至其中的各光梳齒所對應(yīng)頻段內(nèi)測得的傳輸函數(shù)信息，從而得到整個掃頻光頻梳頻段內(nèi)待測器件的傳輸函數(shù)。實際測量時，首先進行系統(tǒng)校準(zhǔn)，在主干涉儀的兩支路上未接待測器件時，將測得的系統(tǒng)的傳輸函數(shù)儲存在主控計算機中；然后，在該裝置中級聯(lián)待測光器件，測得待測光器件的傳輸函數(shù)；最后，運用系統(tǒng)校準(zhǔn)時得到的系統(tǒng)傳輸函數(shù)對測得的器件傳輸函數(shù)進行校正，從而得到待測光器件精確的傳輸函數(shù)。下面對該光器件測量裝置的工作原理進行簡要介紹。由于光頻梳可以看做是一個多波長的激光源，所以，以其中第i個梳齒所確定的子帶為例，假設(shè)該子帶的光載波為民其中P力表示偏振態(tài)的單位矢量，ω為該梳
齒的角頻率。該光信號在經(jīng)過副干涉儀后的輸出可以表示為:
權(quán)利要求
1.一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法，利用干涉結(jié)構(gòu)使通過待測光器件的輸入光信號包含兩個正交偏振態(tài)，通過對待測光器件沿著兩個不同偏振方向的響應(yīng)進行處理，得到待測光器件參數(shù)；其特征在于，所述輸入光信號是利用光頻梳調(diào)制器將微波掃頻信號調(diào)制到單一波長的光載波上，得到的梳齒間隔固定的掃頻光頻梳信號；對于通過待測光器件的兩個不同偏振方向的掃頻光頻梳信號，分別利用波分復(fù)用器并行提取出光頻梳的每根梳齒，得到每個梳齒所對應(yīng)頻段的待測光器件參數(shù)，進而得到掃頻光頻梳所對應(yīng)的整個頻段內(nèi)的待測光器件參數(shù)。
2.一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量裝置，包括沿光路走向依次連接的輸入光信號生成單元、副干涉儀、主干涉儀、偏振分束器，以及主控單元、第一光電探測單元、第二光電探測單元、第三光電探測單元；所述副干涉儀的輸出端通過第一光電探測單元與所述主控單元連接，所述偏振分束器的兩個輸出端分別通過第二光電探測單元、第三光電探測單元與所述主控單元連接；所述副干涉儀、主干涉儀均為雙光束干涉儀，副干涉儀的其中一條光路中串聯(lián)有第一偏振控制器，主干涉儀與副干涉儀之間串聯(lián)有第二偏振控制器；其特征在于，所述輸入光信號生成單元包括單一波長光源、微波掃頻源、光頻梳調(diào)制器，光頻梳調(diào)制器的光輸入端、微波輸入端分別與單一波長光源的輸出端、微波掃頻源的輸出端連接，光頻梳調(diào)制器的輸出端與所述副干涉儀的輸入端連接，微波掃頻源的控制端與所述主控單元連接；所述第二光電探測單元、第三光電探測單元分別包含一個波分復(fù)用器，兩個波分復(fù)用器的輸入端分別與所述偏振分束器的兩個輸出端連接，兩個波分復(fù)用器的所有輸出端各自通過一個光電探測器與所述主控單元連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量方法，利用干涉結(jié)構(gòu)使通過待測光器件的輸入光信號包含兩個正交偏振態(tài)，通過對待測光器件沿著兩個不同偏振方向的響應(yīng)進行處理，得到待測光器件參數(shù)；所述輸入光信號是利用光頻梳調(diào)制器將微波掃頻信號調(diào)制到單一波長的光載波上，得到的梳齒間隔固定的掃頻光頻梳信號；對于通過待測光器件的兩個不同偏振方向的掃頻光頻梳信號，分別利用波分復(fù)用器并行提取出光頻梳的每根梳齒，得到每個梳齒所對應(yīng)頻段的待測光器件參數(shù)，進而得到掃頻光頻梳所對應(yīng)的整個頻段內(nèi)的待測光器件參數(shù)。本發(fā)明還公開了一種基于偏振偏轉(zhuǎn)干涉法的光器件測量裝置。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有更高的測量速度和測量分辨率。
文檔編號H04B10/073GK103107841SQ201310036449
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者潘時龍, 唐震宙, 薛敏, 郭榮輝, 朱丹, 趙永久 申請人:南京航空航天大學(xué)