专利名称：保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法
技术领域：
本发明涉及保偏光纤领域，特别是涉及一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法。
背景技术：
光信号在PMF (Polarization Maintaining Fiber,保偏光纤)中传播时，如果输入光的偏振态沿着保偏光纤的快轴或者慢轴方向，则偏振态保持不变，保偏光纤通过引入非常大的两个偏振模式之间的双折射来获得这个性质。由于这种特殊的性质，保偏光纤在相干光纤通信系统、光纤传感系统中有着非常重要的应用，例如:众所周知的光纤陀螺仪；另外，保偏光纤也应用在各种各样的光学器件中，例如:PMD (Polarization ModeDispersion,偏振模色散)仿真器、PMD补偿器、光纤起偏器、光纤光学干涉仪等等。PMC (Polarization Mode Coupling,偏振模稱合)是保偏光纤中一些特殊位置的两个偏振模式之间的能量交换，这种能量交换由作用在保偏光纤的内部或者外部的扰动引起，可能分布在整个光纤长度上。偏振模耦合限制着保偏光纤中保偏的效果，降低了相干光通信系统或者光纤传感系统·的性能。为了消除偏振模耦合，必须找出保偏光纤中发生偏振模耦合的位置。通过搜索专利和论文数据库，查到通过无损的方式完成保偏光纤中偏振模耦合的分布测量的两种方案。第一种是基于白光光源和MI (Michelson Interferometer,迈克尔逊干涉仪)的方案，这种方案的测量装置以SLD (super luminescent diode,超福射发光二极管)作为宽带光源，测量装置包括偏振调整部分和扫描迈克尔逊干涉仪，为了实现空间分布测量，同时也为了提高精确度，在扫描迈克尔逊干涉仪中使用了 PZT (Piezoelectric Transducer,压电换能器)。已报道的被测的保偏光纤的最大长度为1km，这种方案的空间分辨率遵循关系式:LD=LyAn，其中:LD是空间分辨率，L。是光源的相干长度，Λ η是两种偏振模式之间的折射率差。最小可探测偏振模耦合强度取决于系统的性能，已报道的最小偏振模耦合强度的值为10_4。由于利用了 PZT和带有可调平台的ΜΙ，这种测量装置对环境扰动比较敏感，并且在长时间测试中可能会失效。第二种是基于P-OTDR (Polarimetric-Optical Time-Domain RefIectometry,偏振光时域反射计)的方案，P-OTDR可以测量偏振态沿光纤长度的空间分布。如果保偏光纤中存在偏振模耦合，偏振态在偏振模耦合存在的地方将会发生改变，即使输入光是沿着保偏光纤的快轴或者慢轴注入的，因此POTDR可以用来测量保偏光纤中的偏振模耦合分布。它的空间分辨率由探测脉冲宽度决定，典型值为Im对应IOns的脉冲宽度。因为P-OTDR利用瑞利背向散射光作为探测信号，所以SNR (Signal to Noise Ratio,信噪比)比较低。为了增大SNR，可以采用较宽的脉冲宽度，但是易导致降低空间分辨率；或者，可以利用多次测量取平均来提高SNR，但是易导致测量时间延长至几分钟。上述两种方案都可以用来实现利用保偏光纤的分布式光纤传感，当外部扰动作用在保偏光纤上一些特殊位置时，偏振模耦合将会出现，这两种方案均可以测量出偏振模耦合，依此即可传感例如应力等参数，但是，这两种方案都存在以下缺点:(1)仅仅适用于小于I公里的较短保偏光纤的偏振模耦合测量；(2)由于被测信号非常微弱，信噪比非常小。

发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，能够测量50公里长的保偏光纤的偏振模耦合分布情况，测到的最小可探测偏振模耦合强度为10_6 10_5，还能够提高信噪比，比现有方案的信噪比提高10分贝以上。本发明提供的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，包括以下步骤:S1、搭建保偏光纤中偏振模耦合分布的测量装置:该测量装置包括宽带光源、强度调制器、第一偏振器、第二偏振器、光放大器、光电探测器和矢量网络分析仪，宽带光源通过光纤跳线与强度调制器相连，强度调制器通过光纤跳线与第一偏振器相连，测量被测保偏光纤的总长度L,计算出整个被测保偏光纤的时延Ttl -.T0=L/光速,第一偏振器与第二偏振器之间的间距为被测保偏光纤的总长度L，第二偏振器通过光纤跳线与光放大器相连，光放大器通过光纤跳线与光电探测器相连，光电探测器通过射频线缆与矢量网络分析仪相连，矢量网络分析仪通过射频线缆与强度调制器相连；S2、宽带光源输出的光信号经过光纤跳线进入强度调制器，旋转第一偏振器，强度调制器输出的光信号经过光纤跳线进入第一偏振器，第一偏振器的输出端与被测保偏光纤的一端相连，被测保偏光纤的另一端与第二偏振器的输入端相连，测量出第一偏振器的光轴与保偏光纤的快轴之间的夹角Θ (I，第一偏振器以Θ ^角I禹合到保偏光纤中，计算出保偏光纤入射点的偏振模耦合强度Ho: H0=Sin2 Θ ^ ;旋转第二偏振器P2，测量出第二偏振器P2的光轴与保偏光纤的快轴之间的夹角α，通过调节第二偏振器P2的偏转角α来调整两个偏振模之间的消光比；保偏光纤中有η个点发生偏振模耦合，η为自然数，T是延迟时间变量，Θ i是保偏光纤中相邻两 个节段间快轴的夹角，i=l，2...，n，i是偏振模耦合点的位置编号，Li是第i个偏振模耦合点的位置，第i个偏振模耦合点的偏振模耦合强度为Hi ；S3、设置矢量网络分析仪的射频频率范围Ftl和扫描步长Af，根据公式:
权利要求
1.一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、搭建保偏光纤中偏振模耦合分布的测量装置:该测量装置包括宽带光源、强度调制器、第一偏振器、第二偏振器、光放大器、光电探测器和矢量网络分析仪，宽带光源通过光纤跳线与强度调制器相连，强度调制器通过光纤跳线与第一偏振器相连，测量被测保偏光纤的总长度L，计算出整个被测保偏光纤的时延Ttl =T0=L/光速，第一偏振器与第二偏振器之间的间距为被测保偏光纤的总长度L，第二偏振器通过光纤跳线与光放大器相连，光放大器通过光纤跳线与光电探测器相连，光电探测器通过射频线缆与矢量网络分析仪相连，矢量网络分析仪通过射频线缆与强度调制器相连； S2、宽带光源输出的光信号经过光纤跳线进入强度调制器，旋转第一偏振器，强度调制器输出的光信号经过光纤跳线进入第一偏振器，第一偏振器的输出端与被测保偏光纤的一端相连，被测保偏光纤的另一端与第二偏振器的输入端相连，测量出第一偏振器的光轴与保偏光纤的快轴之间的夹角Θ (I，第一偏振器以Θ ^角I禹合到保偏光纤中，计算出保偏光纤入射点的偏振模耦合强度％: H0=Sin2 Θ ^ ;旋转第二偏振器P2，测量出第二偏振器P2的光轴与保偏光纤的快轴之间的夹角α，通过调节第二偏振器P2的偏转角α来调整两个偏振模之间的消光比；保偏光纤中有η个点发生偏振模耦合，η为自然数，T是延迟时间变量，Θ i是保偏光纤中相邻两个节段间快轴的夹角，i=l，2...，n，i是偏振模耦合点的位置编号，Li是第i个偏振模耦合点的位置，第i个偏振模耦合点的偏振模耦合强度为Hi ; S3、设置矢量网络分析仪的射频频率范围Ftl和扫描步长Af，根据公式:
2.如权利要求1所述的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于:所述第二偏振器的光轴与被测保偏光纤的快轴之间的夹角a = Ji /4。
3.如权利要求2所述的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于:所述a = π/4时，ni〈〈1,方程(4)改写为:
4.如权利要求1所述的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于:所述第二偏振器的光轴与被测保偏光纤的快轴之间的夹角a = JI /2。
5.如权利要求4所述的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于:所述a = Ji /2时,方程(4)简化为:
6.如权利要求1至5中任一项所述的保偏光纤中偏振模稱合分布的测量方法,其特征在于:所述光放大器米用掺铒光纤放大器。
7.如权利要求1至5中任一项所述的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于:所述第一偏振器与第二偏振器之间的间距为50公里。
8.如权利要求1至5中任一项所述的保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，其特征在于:所述测量装置测到的最小可探测偏振模耦合强度为10_6 10_5。
全文摘要
本发明公开了一种保偏光纤中偏振模耦合分布的测量方法，涉及保偏光纤领域，该测量方法包括以下步骤设置矢量网络分析仪的射频频率范围和扫描步长，计算空间分辨率，矢量网络分析仪发射调制射频信号至强度调制器，强度调制器输出的光信号经第一偏振器耦合到保偏光纤中，第二偏振器输出的光信号经光放大器放大后进入光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号，输出到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪接收、显示、存储电信号；对射频滤波器响应的平方式取傅里叶逆变换，计算出偏振模耦合发生的位置和强度。本发明能测量50公里长的保偏光纤的偏振模耦合分布，测到的最小可探测偏振模耦合强度为10-6～10-5，信噪比比现有方案提高10分贝以上。
文档编号G01M11/02GK103245490SQ201310173240
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者董晖, 唐明, 曹锋, 王超东 申请人:武汉钜风科技有限公司