[发明专利]一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法，属于单模光纤偏振测量技术领域。

背景技术

一束线偏振光波在单模光纤中传播时会分解成两个相互垂直的偏振模式，在理想情况下，这两个正交的偏振模式具有相同的传播常数，换言之，这两个正交的偏振模式能够简并；然而，在实际单模光纤中，这两个正交的偏振模式一般不具有相同的传播常数，它们的合成偏振将沿着单模光纤长度方向不断变化，形成单模光纤的线性双折射。

单模光纤的线性双折射可分为固有线性双折射和诱导线性双折射，其中；固有线性双折射来自于单模光纤制备过程中纤芯由圆变成椭圆产生的波导形状双折射以及单模光纤内部应力引起的应力双折射；诱导线性双折射通常由单模光纤受弯曲或者非对称的横向压力等因素导致。

单模光纤的线性双折射常见于各种精密光学传感系统，比如光纤电流互感器的核心部分是基于低双折射单模光纤的敏感环路，因外界温度波动或振动等因素导致的线性双折射不仅会湮没有用信号，降低测量灵敏度，而且会破坏系统的线性性质，降低测量精度。

目前，单模光纤的线性双折射可以通过引入圆双折射进行抑制，圆双折射能够采用多种有效的引入方法，包括采用结构螺旋光纤、扭转低双折射光纤或者扭转高双折射光纤等，然而，引入的圆双折射还不能够准确量化，这就直接弱化了对线性双折射的抑制效果；由于精密光学传感系统测量精度、圆双折射和线性双折射这三者的数学关系往往能够被建立，并且系统测量精度要求通常是事先确定，所以准确量化圆双折射的基础是实现线性双折射的准确测量。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置及方法，能够实现单模光纤线性双折射的准确测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量装置，它包括：

宽带光源、偏振控制器、高速偏振态分析仪、待测单模光纤、偏振分束器、光谱分析仪以及工控机；

所述宽带光源的输出接口与偏振控制器的输入尾纤连接，偏振控制器的输出尾纤与高速偏振态分析仪的输入接口连接，高速偏振态分析仪的输出接口与待测单模光纤连接；

所述待测单模光纤同时作为偏振分束器的输入尾纤，偏振分束器的输出尾纤Ⅰ和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ分别与光谱分析仪连接，光谱分析仪通过RS232数据线与工控机连接。

本发明还包括一种基于偏振控制的单模光纤线性双折射测量方法，

宽带光源的输出光波被偏振控制器调制，调制光波输入高速偏振态分析仪，高速偏振态分析仪实时监测调制光波的偏振态，当高速偏振态分析仪监测到的调制光波为所需的偏振光波时，停止偏振控制器的调制；

从高速偏振态分析仪输出的偏振光波进入待测单模光纤，由于待测单模光纤存在线性双折射，输入的偏振光波经过待测单模光纤后将演化成椭圆偏振光波输出；

输出的椭圆偏振光波进入偏振分束器并被分解成两束正交的线偏振光波，这两束正交的线偏振光波分别通过偏振分束器的输出尾纤Ⅰ和偏振分束器的输出尾纤Ⅱ输出，依次由光谱分析仪进行测试，最后将测试数据通过RS232数据线传输到工控机上进行处理；

其中，所述宽带光源输出的光波经过两次调制：

1)利用偏振控制器和高速偏振态分析仪将宽带光源输出的光波调制成0°线偏振光波，并输入待测单模光纤；

定义宽带光源输出光波的波长范围为λ₁至λ₂，对于波长为λ_i的光波(λ_i∈[λ₁,λ₂])，在工控机上对光谱分析仪传送的两路正交信号数据P_1x(λ_i)和P_1y(λ_i)进行处理，得到的输出结果为：

其中，θ为线偏振光波的偏振方向与待测单模光纤的双折射主轴之间的夹角，κ为待测单模光纤的双折射主轴和偏振分束器的偏振主轴之间的夹角，δ(λ_i)为在输入光波的波长等于λ_i时待测单模光纤的线性双折射；