[发明专利]一种宽带光源的色散补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及保偏光纤偏振耦合测试技术，尤其涉及一种由宽带光源搭建的保偏光纤偏振耦合测试系统动态色散补偿方法，属于高精度测量技术领域。

背景技术

宽带光源是指具有一定谱宽，相干长度较短的低相干光源，由于光源具有较宽的谱宽，故由其搭建的干涉系统多称为白光干涉系统。在常用的光电干涉测量系统中，最常用的光源是各类单模或窄频带的高相干激光器。在精密测量条件下系统可获得纳米级测量精度，但是这类测量系统的单值动态范围一般很小，只能对物理量进行相对测量而无法实现绝对测量，如果在测量过程中光源输出功率发生变化，被测量变化信息的测量将受到影响。同时，这类系统对温度、湿度、压力等外界环境要求苛刻，结构复杂，成本高。相比之下，采用宽带光源的白光干涉仪则能解决其中一些难题。该干涉方法在零光程差处有一干涉主极大值能进行待测物理量的绝对测量；对待测物理量的测量是通过检测干涉条纹的相对差异来实现的，对外界环境的敏感性也很低，而且对信号检测和处理的难度也不高；具有测量的动态范围大，分辨率高、结构简单等优点。但是，由于宽带光源具有较大的谱宽，当光通过非线性色散介质时，光波的相位将发生畸变，从而引起干涉包络展宽，造成测量分辨率降低，故在采用宽带光源进行干涉测量时，与光波长有关的二阶色散项将成为一个不可忽视的问题。因此，对宽带光源引起的二阶色散项的补偿成为提高白光干涉测试系统测量精度的关键技术之一。

目前对色散的补偿多集中在通信技术领域，此外，在光学相干层析法测量中色散补偿技术也尤为多见。专利200710199953提出一种色度色散补偿光纤，通过正负色散值光纤的结合补偿通信系统中光纤线路的色散。专利200710107461.9提出一种电学的方法处理采集信号，可实现对任意色散值的光纤进行补偿。专利200610052463.8提出一种光学相干层析成像中的色散补偿方法，通过在原有的单光栅快速扫描延迟线中增加一块与原有闪耀光栅平行放置的闪耀光栅来实现。以上色散补偿方法多采用色散补偿光纤或是电学、光学相位调制的补偿方法，这些方法或者只能对具有固定色散值的光纤进行补偿，或者由于其自身的频带范围有限等因素的影响，并不能实现对超宽带光信号的色散有效的补偿，或者实施装置复杂，易引入噪声和误差等。然而，针对低相干保偏光纤偏振耦合测试系统的实时性以及双折射色散值的任意性，亟需的是一种对任意色散值都能实现快速、实时的补偿方法。

发明内容

本发明的目的在于通过由宽带光源构建的基于迈克尔逊干涉仪的保偏光纤偏振耦合检测系统，结合系统干涉信号的特点，提出一种宽带光源的色散补偿方法。对系统使用宽带光源时所引入的色散进行快速、实时补偿，从而实现保偏光纤对应力、位置、温度等的准分布式传感。

本发明提供的宽带光源的色散补偿方法，采用宽带光源构建基于迈克尔逊干涉仪的保偏光纤偏振耦合测试系统，由光源出射的光沿光纤某一特征轴耦合进保偏光纤形成激发模，当光纤某点受到力的作用时，激发模将有部分能量耦合到光纤另一特征轴形成耦合模。通过迈克尔逊干涉仪补偿保偏光纤中激发模与耦合模间的光程差，并由探测器采集干涉信号，具体补偿方法包括：

第1、将探测器采集到的原始数据通过矩形窗函数截取激发模与激发模的干涉数据I_main以及激发模与耦合模的干涉数据I_coupling；

第2、分别对第1步截取的I_main和I_coupling做希尔伯特变换并进行高斯拟合，得到干涉信号的包络<I>_main和<I>_coupling在1/e处宽度的比值η，测得光纤的双折射色散系数ΔD，其中，c为真空中光速，Δλ和λ₀分别为光源光谱的谱宽和中心波长，L为光纤耦合点距光纤出射端的距离。因为当存在双折射色散时，干涉包络在1/e处宽度将以速率展宽；

第3、由光纤的双折射色散系数ΔD得到色散相位补偿因子其中，ω为光波频率，ω₀为光波的中心频率。