[其他]单模光纤双折射测量方法

说明书

本发明涉及一种单模光纤双折射的测量方法，特别适用于测量短拍长单模光纤的双折射。

众所周知，单模光纤中只传输最低阶模即HE₁₁模。它实际上是由两个正交模简并而成，对于理想光纤来说，两者的传播常数（即单位长度上相位的变化）相等。但在实际光纤中，由于光纤内部结构不完善，如纤芯呈椭圆状，光纤包层带来的横向内应力等，或光纤受弯、受压、受扭等都会使两个正交模的传播常数不等。“双折射”△β（birefringence）就是在本地座标系中本地x轴及本地y轴方向上的光传播常数之差，即△β＝β_x-β_y，单位为度/米，与双折射△β对应的拍长L_b定义为2π/△β，表示光波经过L_b长度的传播后，相位差的主值将回复到原值。单模光纤不仅为高速度、长距离的光通信提供了可能性，而且在传感器等其它非通讯技术方面也得到了广泛应用。光纤中的双折射导致了光纤中偏振态的变化，在非单色光源下还导致了偏振模色散及退偏振现象，这些因素直接影响到光纤通信系统及其它应用领域（如传感器）的性能。具有不同双折射的光纤有着不同的用途，例如强双折射光纤（即拍长极短）可使得偏振态稳定，从而保证光外差通讯的质量，而低双折射的光纤是法拉弟效应测磁场所必需的。单模光纤测试方法可以帮助了解光纤的特性，对于指导光纤的生产及光纤的选用都非常有用。

关于单模光纤双折射的测量方法，在一九八一年四月二日出版的电子快报（ElectronlcsLetters）第17卷第7期252页上，作者M.Monerie等在“用扭曲法测量单模光纤双折射”中提出了应用一米长光纤作非破坏性测量的方法，即在一定的入射偏振条件下用不同扭曲率测量光纤输出光的偏振椭圆度δ-（I_N-I_M）/（I_N+I_M）。式中I_M和I_m是输出光通过偏振片后的光强的最大和最小值。然后画出δ和扭曲率的关系曲线。再用曲线拟合法求出光纤的双折射值。其适用的测量范围是双折射△β＝10～10＊，相当于拍长L_b＝36m-3.6cm，即最短拍长为3.6厘米，数据处理用曲线拟合较烦琐，且因对光纤存在的初始扭曲没有考虑，使测量误差增大。

为了克服上述不足之处，作出改进，本发明的目的是提供一种单模光纤双折射测量方法，特别适用于测量短拍长单模光纤的双折射，此方法是根据黄上元、林宗琦在一九八四年十月十九日在中国光学学会纤维光学和集成光学专业委员会主办的学术交流大会上所作的学术报告“短拍长及具有不均匀性的单模光纤双折射测量方法”一文中经详细分析论证后提出的双折射公式进行的，该公式为：

其中：△β为双折射

K为光弹系数，近似值为0.07，

l₂为光纤未粘部分的长度，

α₂为光纤未粘部分的扭曲率，

α₁′l₂为sin²φ～α₂l₂曲线上第一个极值点相对于曲线对称纵轴的横座标（2φ为两个输出线偏振态的传播相位差），α₂″l₂为sin²φ～α₂l₂曲线上第二个极值点相对于曲线对称纵轴的横座标。

在使用公式（Ⅰ）进行测量时，需要用到单色光源，偏振片、物镜、四分之一波长片、光检测器、光纤固定装置及光纤扭曲装置等，通过这些装置用消光法测出在光纤不同扭曲率下的｜φ｜值（此处φ为两个输出线偏振态的传播相位差之半，有关测量原理在上述黄上元、林宗琦的报告中也有论述），再通过sin²φ～α₂l₂曲线，找出该曲线的对称纵轴，测出该曲线上距对称纵轴最近的右侧极值点相对于对称纵轴的横座标α₂′l₂及此点右侧最近的极值点相对于对称纵轴的横座标α₂″l₂，然后用公式（Ⅰ）算出双折射△β值。