[发明专利]一种用于自由空间光至保偏光纤耦合的对轴装置和方法

说明书

本发明提供了一种用于自由空间光至保偏光纤耦合的对轴装置和方法，所述装置包括依次设置的二分之一波片、保偏光纤、检偏器和功率计，二分之一波片与保偏光纤的输入端位于同一光轴Z1，检偏器与保偏光纤的输出端位于同一光轴Z2，检偏器为非固定检偏器，且消光比大于保偏光纤的消光比，非固定检偏器用于沿光轴Z2转动以使功率计的示数为最小值，二分之一波片用于沿光轴Z1转动改变输入激光的线偏振方向，以使非固定检偏器沿光轴Z2转动时功率探测器的输出值出现极小值，所述功率计用于测量经过所述检偏器透射的激光功率值。该方法对轴效率高，且无需对光纤施加应力，解决了激光功率慢漂、应力释放不完全等造成的对轴误差问题。

技术领域

本发明涉及冷原子基础物理及应用技术领域，特别提供了一种用于自由空间光至保偏光纤耦合的对轴装置和方法。

背景技术

近年来，冷原子基础物理及应用领域发展迅速，特别是在量子导航、精密测量等应用领域，冷原子基础物理研究装置及其应用器件的精度已经将现有传统技术水平提升了若干量级，例如，原子干涉陀螺仪的精度已达10μdeg/h量级，相比传统光学陀螺技术提升了至少一个量级，并已经逐渐成为应对未来复杂环境中惯性自主导航需求的关键技术。

冷原子基础物理装置及应用器件一般使用保偏光纤将激光由光源输送至冷原子系统，由于基础物理定律验证(如等效原理验证)及精密测量应用(如惯性测量)对共模噪声抑制均有极高的要求，因此，在将自由空间光耦合至保偏光纤时，必须实现精确的激光偏振与保偏光纤快轴或慢轴的对轴，以保证激光功率及偏振的稳定性，抑制共模噪声。

目前，冷原子基础物理装置及应用器件中自由空间光至保偏光纤耦合的对轴方法主要为功率检测法，具体包括：

在光纤输出端依次架设二分之一波片和固定检偏器，对轴时，旋转二分之一波片使光纤输出光大部分或全部经偏振分束器透射，使用功率计检测偏振分束器的透射光功率。在检测过程中，以抖动或弯曲光纤等方式对光纤施加一定的应力，当自由空间光偏振方向与保偏光纤光轴方向不同时，应力造成光纤输出光较大的偏振旋转和椭偏变化，使得输出光偏振态显著偏离固定偏振分束器的透振方向并发生椭偏，功率计检测到的透射光功率变化一般可达10％以上；当自由空间光偏振方向与保偏光纤光轴方向相同时，应力仅能造成光纤输出光偏振的有限旋转或几乎不旋转，同时光纤输出光的线偏振状态得以保持，功率计检测到的透射光功率变化一般仅为1％或以下。

上述对轴方法的主要问题在于：(1)应力造成的保偏光纤光轴变化过程较为缓慢，特别是应力释放的过程，更为缓慢，除造成对轴过程时间较长外，未充分释放的应力也会改变对轴后光纤的快轴/慢轴方向，造成对轴后光纤耦合光轴的慢漂和对轴效果缓慢恶化；(2)由于光纤输出光大部分或全部经偏振分束器透射，激光器的功率抖动会大部分或全部施加在功率计上，特别是激光器常见的功率慢漂，将直接与应力效果叠加，形成噪声，造成固定偏振分束器的透射光功率无法完全反应光轴变化的真实情况，导致对轴出现角度偏差，这种偏差甚至可以达到5度以上。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种用于自由空间光至保偏光纤耦合的对轴装置和方法，该方法对轴效率高，且无需对光纤施加应力，解决了应力释放不完全造成的对轴误差问题。

本发明的技术解决方案是：

一种用于自由空间光至保偏光纤耦合的对轴装置，包括依次设置的二分之一波片、保偏光纤、检偏器和功率计，所述二分之一波片与所述保偏光纤的输入端位于同一光轴Z1，所述检偏器与所述保偏光纤的输出端位于同一光轴Z2，所述检偏器为非固定检偏器，且消光比大于所述保偏光纤的消光比，所述非固定检偏器用于沿所述光轴Z2转动以使所述功率计的输出值为最小值，所述二分之一波片用于沿所述光轴Z1转动改变输入激光的线偏振方向，以使所述非固定检偏器沿所述光轴Z2转动时所述功率计的输出值出现极小值，所述功率计用于测量经过所述检偏器透射的激光功率值。