[发明专利]基于光偏振分析的光频解码器及其光传感系统

说明书

本发明提出一种基于光偏振分析测量原理进行光频率解码的装置，包括将被测光起偏后，通过DGD单元，再采用偏振分析的方法进行光频解码，从而实现高速、宽带和高精度光频测量。本发明还提出几种利用基于光偏振分析测量原理进行光频解码的装置进行光纤传感和光学测量的系统方案。

技术领域

本专利申请属于光纤信息技术领域，尤其涉及通过偏振技术测量光频率信息的光学装置。

背景技术

许多光学技术领域应用中，需要确定光的频率信息，而精确测量、获得具有高分辨率和快速获得光频信息往往非常重要。这种应用的实例包括激光频率控制，激光频率分析，光纤布拉格光栅探测，用于光学相干断层扫描信号的频率触发，光学频域反射测量和用于无人驾驶车辆的碰撞预防的啁啾激光雷达系统等。

目前常用的测量光的光频一般是通过光谱分析的方法进行，光谱分析方法也有各种方式，主要包括：1)使用诸如衍射光栅的空间色散元件；2)使用可调窄带滤光器(例如FP谐振器或可调谐光纤布拉格光栅)；3)采用Michaelson或Mach-Zehnder干涉仪，当两个干涉臂之间的路径差异变化时，对其输出执行FFT(傅里叶变换)；等等。对于这些方法来说，其分辨率、光谱范围和测量速度通常相互制约，不能同时实现所有三个参数的性能都良好。例如，基于F-P滤波器的频谱分析仪的分辨率和测量范围彼此成反比。如果要实现良好分辨率，这种频谱分析技术就要损害设备的自由光谱范围(FSR)。

对于以扫描范围为160nm、扫描重复频率为几十kHz快速扫描的可调谐激光源，期望扫描激光器的波长时，如果测量作为时间的函数的波长，通过使用上述技术是很难实现的。

发明内容

定义：

DGD——光学差分群延迟。DGD单元可以用器件、元件，也可以用器件组成的系统来实现。

PBS——偏振分束器。

CWDM——一种波分复用器。

OCT——光学断层扫描。

LIDAR——光学测距。

本发明提出一种装置和方法，可以实现同时保证分辨率、光谱范围和测量速度进行光频率测量；并提出了基于以上光频率测量装置的应用系统。

本发明的其中一个测量光频率解码装置方案包括：

一个光学起偏器接收被测光束，并输出一个线偏振光；

一个光学差分群延迟(DGD)单元通过耦合用来接收来自起偏器的光束，所述DGD单元将所接收到的线偏振光，分成两束正交光学偏振光束，并使这两束光束产生相对光延迟；

一个第二光学起偏器通过耦合以接收来自光学DGD器件的输出光，并产生一束光学输出光束；

一个光学探测器接收来自第二光学起偏器的输出光束并产生探测器信号；

一个处理器用来接收探测器信号，并且根据第二光学起偏器输出的光输出光束的功率来确定光频率。

本发明的另一个测量光频率解码装置方案包括：

一个第一起偏器接收被测输入光束，并输出一个线偏振光；

一个第一偏振分束器用来接收来自起偏器的光束，并产生一束透射线偏振光和一束反射线偏振光；

一个第一90度法拉第旋转镜，用来接收来自偏振分束器的反射光，并将其反射回偏振分束器，穿过偏振分束器形成透射输出光；

一个可沿着光路移动的第二90度法拉第旋转镜，用来接收来自偏振分束器的透射光，并将其反射回偏振分束器，在偏振分束器形成反射输出光；