本發明專利技術涉及一種用于測量光學雙折射媒介中偏振串擾的方法和裝置，該方法包括：將線性偏振光耦合入光學雙折射媒介中，并在其中產生一光信號；將該光信號接入一干涉儀，獲取兩正交偏振模間光干涉信號；對所獲取的光干涉信號進行處理，獲得含有雙折射色散影響的光學雙折射媒介中兩正交偏振模間偏振串擾點的包絡譜函數；對包絡譜函數測量，得出光學媒介中的雙折射色散參數，再用求得的包絡寬度展寬補償函數對包絡譜函數的展寬進行修正，得到修正后的包絡譜函數，通過該修正后的包絡譜函數獲得光學雙折射媒介中偏振串擾。本發明專利技術可消除因為雙折射色散引起的包絡譜展寬帶來的對測量精度的不良影響。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學偏振特性測量
，特別涉及通過對由于雙折射色散引起串擾點包絡寬度線性展寬進行補償修正，實現對雙折射光學材料及儀器中偏振串擾點的測量。
技術介紹
對于各種不同的光學裝置、系統及應用中，光偏振特性是光信號一個相當重要的物理參量。由于在不同折射率的媒介中光信號以不同的偏振態進行傳輸，因此不同雙折射的光學媒介又會改變或者影響光信號的偏振態。例如，光纖本身具有雙折射效應，因此在其中傳播的光偏振態會發生改變。光纖中的雙折射通常會隨時間而變化，也會隨著其工作環 境一如壓力或者溫度的變化而隨機變化。保偏光纖就是一種具有光學雙折射材料的例子，它具有很高的雙折射特性，從而保證其內部兩個獨立的偏振模傳輸態一HEslow11和HEfast11,即光僅沿著保偏光纖偏振態相互垂直的快軸和慢軸傳播。在保偏光纖中，沿慢軸HEslw11的偏振光折射率要比沿快軸HEfast11模態偏振光折射率高。當線偏振光偏振方向與慢軸方向一致被I禹合進入保偏光纖，此時，只有HEslm11模態的偏振光被激發，傳輸光的偏振態將保持慢軸偏振光特性；相反，當線偏振光偏振方向與快軸方向一致被I禹合進入保偏光纖，則只有HEfast11模態的偏振光被激發，傳輸光的偏振態將保持快軸偏振光特性。保偏光纖這種保持光偏振態的特性可以有多種用途，例如光纖陀螺、集成光學設備、高性能干涉儀和偏振傳感儀、量子保密密鑰分配、光纖激光器等。發生在保偏光纖上的擾動-例如施加在保偏光纖上的應力，將會引起保偏光纖相互垂直的兩偏振模之間產生光的串擾(或叫光耦合)，即一個偏振模的光能量將會轉移到另一個偏振模上。在保偏光纖中，由于保偏光纖本身存在的內部缺陷或者作用在光纖上的外部應力影響，即使入射光與保偏光纖的快軸或慢軸完全對準入射，在保偏光纖兩偏振模之間也會發生光能量的耦合。通常采用偏振串擾來表征保偏光纖中快軸和慢軸之間模式的耦合情況。在實際應用中，需要對保偏光纖中串擾點的位置進行定位和對其串擾點的大小進行測量。例如，在光纖陀螺應用中，通常采用偏振串擾測量來檢測保偏環繞制前原料光纖的質量，以及對繞纖過程中串擾點對保偏光纖環的惡化進行控制和在光纖環繞制結束后的質量進行診斷。保偏光纖本身也可作為光學傳感介質，可利用偏振串擾作為傳感信息。例如，通過偏振串擾測量來獲得沿保偏光纖長度上的應力分布，可對橋梁、隧道、堤壩、管道沿線或輸油管輸氣管、建筑物等的結構變化進行監測。在保偏光纖上出現機械擾動，將直接引起其偏振串擾，因此對偏振串擾進行測量還可以發現保偏光纖鏈路中的侵入活動。偏振串擾測量還能用于檢測保偏光纖的質量，通過對保偏光纖中串擾點缺陷部位進行定位，此舉能幫助光纖生產商消除或者使用者避開光纖中的缺陷部位，或者通過預先的測量做到減少缺陷點的影響。偏振串擾測量還可用于測量偏振波導的高消偏比、獲得光源的自相關函數、測量保偏光纖的雙折射、保偏光纖和單模光纖的長度和對干涉儀的光程進行匹配。沿保偏光纖上快慢軸之間傳播的光波所發生的干涉信號，是體現在保偏光纖中串擾點位置上，而在多個串擾點之間的光波多次耦合干涉則被稱為為鬼影干涉信號。當在保偏光纖上存在多個強的耦合點時鬼影干涉信號會變得很強，這樣就容易造成對串擾點位置和串擾強度的誤判。圖I所示是一個使用光學干涉儀器對沿保偏光纖上偏振串擾的空間分布的進行測量的典型裝置，其中圖IA為測量裝置的元件構成圖；圖IB給出了相對于保偏光纖主軸而言，起偏器的偏振方向；圖IC給出了沿著保偏光纖多個位置由保偏光纖應力引起兩個正交偏振態之間的偏振串擾分布情況。在圖I中，由寬帶光源產生的寬帶光101經由位置A處進入保偏光纖110中。該光101偏振方向與保偏光纖慢軸相一致。在B點處的壓力引起沿保偏光纖快軸和慢軸兩個正交的偏振方向之間產生偏振I禹合，并直接產生一個與快軸方向相一致的偏振分量。由于保偏光纖中兩個偏振成分以不同速度進行傳播，因此在光纖的輸出端111 (位置C)兩偏振成分之間將會產生不同的相位延遲，兩者的相位延遲差ΛΖ如公式(I)所示 Δ z = nsz_nfz =Δ nz (I)其中ns和nf分別是快軸和慢軸的折射率，兩個折射率差是Λ n，Z是耦合點B到輸出點C之間的距離。如果在光纖輸出端111后放置一個起偏器120,并使得其偏振方向與保偏光纖的慢軸呈45度(附圖說明圖1B)，此時對于兩偏振成分而言，均有一半的光能量通過起偏器120,并以與起偏器偏振軸方向一致相同的偏振方向出射。因此，當直接將干涉儀用于接收從起偏器120輸出的光時，由于起偏器120的作用使得保偏光纖中兩正交偏振模成分發生干涉。因此這個光干涉儀可以用于偏振串擾的測量。圖I中所舉例的干涉儀為典型的邁克爾遜干涉儀，其結構工作原理為一個光分束器130用來接收來自起偏器120的輸出光，并將所接收到的光分成兩束，其中一束光沿著第一光路142傳播經由固定反射鏡140進行反射，而另一束光沿著第二光路143傳播經由可移動反射鏡141進行反射。通過一驅動馬達改變可移動反射鏡141的位置，進而對移動臂中的光程進行調整。由反射鏡140和141反射后兩束光將沿著第一光路和第二光路逆向回到分束器130。由反射鏡140和141反射后的光回到分束器上時，由于空間交疊而發生干涉，產生干涉輸出信號132，此干涉信號隨著可移動反射鏡的移動而呈周期重現。在干涉信號中相鄰兩干涉峰之間的光程差對應于反射鏡141移動的距離Λ η · ζ，相應的根據公式(I)可以獲得保偏光纖中的耦合點的位置為ζ =Λ ζ/ Λ η。耦合點的位置也可以從干涉圖表中得出。耦合率也可以通過干涉峰的強度計算出。圖IC所示是保偏光纖中存在多點耦合的情況。在這種情況下，測量過程變得更復雜。如果保偏光纖中有(η+1)個耦合點UciX1X2 · ·χη)，則沿著慢軸方向傳輸的線偏振輸入光波112將在輸出末端處113分成2η個沿著慢軸的小波包和2η個沿著快軸的小波包。這樣，在第i個耦合點之后，沿快軸方向和慢軸方向的兩個波包&和G分別包括2i波包，其光路光程可以描述為公式(2)f P \{ P \ * I1 f I>1,1J I - pP Si,2Psi 二 · Pf= /(2)f、,/jJW ·P .p . J \ Js^ J其中及，j (j=lto 20和& . j (j=l to 20是分別表示5,和Λ中的第j個波包列的光程。第(i+1)個耦合點之后的波包串的光程可以用公式(3)計算出 f (ΧΜ^ x^S+pSlI、(XM -也 +PSi2 (xM — Xf)ns + PPs =P = i .丄；…、基于公式(3)，保偏(Λ,,」-.V, +,(3)(Xf+| - Χ,.)Λ/ +/)/;2 、(x,+,+P為光纖輸出處的波包光程可以由公式(4)獲得r (-W,,—.>.ι+/ν" (f Λ,7°Γρ IWsx U ,+d (u;為 .η、'I (x -x0)nf )對應的波包串強度1\和14可以通過下面公式計算 '* IJ /(1+^)I ( hnl lf(l + c ) ^ U+c.j/'Vi.: ,(! + Ο ·Is , = K ^'/(1 + ￡V}* /(1 + c-本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于測量光學雙折射媒介中偏振串擾的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：1）將寬帶光源輸出的線性偏振光耦合入一具有保持傳輸光兩正交偏振模的功能的光學雙折射媒介中，并在該光學雙折射媒介中產生一光信號；2）將該光信號接入一干涉儀，獲取兩正交偏振模間光干涉信號；3）對所獲取的光干涉信號進行處理，獲得光學雙折射媒介中含有雙折射色散影響的兩正交偏振模間偏振串擾點的包絡譜函數；4）基于對步驟3）獲得的含有雙折射色散影響的包絡譜函數測量，得出光學媒介中的雙折射色散參數，基于該雙折射色散參數求得包絡寬度展寬補償函數，利用該包絡寬度展寬補償函數對該含有雙折射色散影響的包絡譜函數的展寬進行修正，得到消除了雙折射色散影響的包絡譜函數，通過該修正后的包絡譜函數獲得光學雙折射媒介中偏振串擾。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚曉天，李志宏，
申請(專利權)人：蘇州光環科技有限公司，通用光訊光電技術北京有限公司，
類型：發明
國別省市：
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