一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的装置与方法，该装置包括泵浦光源模块、消偏模块、SBS效应发生模块以及数据采集与光谱重构模块。本发明专利技术提出的方法包括：泵浦光源模块发出偏振态固定的激光；泵浦光源模块输出端的激光通过消偏模块成为消偏光；将此消偏光作为泵浦光输入到SBS效应发生模块与外界输入到SBS效应发生模块的待测信号光发生相互作用；待测信号光经过SBS效应发生模块放大后由数据采集与光谱重构模块进行数据采集处理并最终得到待测信号的光谱。本发明专利技术可以消除基于SBS效应的光谱测量装置在对具有任意偏振态的输入光信号进行测量时，呈现出的光谱信息获取不准确、功率测量不稳定等问题，具有重要的应用前景。

Apparatus and method for spectral polarization independent measurement based on frequency domain depolarization structure

The invention discloses a device and a method for eliminating frequency spectral polarization independent measurement based on partial structure, the device comprises a pump light source module, SBS module, depolarization effect module and data acquisition module and spectral reconstruction. The method provided by the invention includes a pump light source module emits laser polarization fixed; laser light source module output by depolarization module become depolarized; the depolarized pump as input to the SBS module and the external effect of input to the SBS module to be tested the effect of signal light interaction to be measured; the signal light passes through the SBS effect module amplified by the data acquisition and spectral reconstruction module for data acquisition and processing and finally get the signal spectrum. The invention can eliminate the spectral measurement device based on the SBS effect in the measurement of input optical signal with arbitrary polarization state, the spectral information showing the acquisition of power measurement is not accurate, instability and other issues, has important application prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光谱测量
，更具体地，涉及一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的装置与方法。
技术介绍
光谱测量装置在光纤通信、光纤传感、物质分析等领域都有重要的应用。基于体光栅的光谱测量装置利用体光栅对待测信号光的空间色散，实现对信号光不同频率成分的分离，从而完成对信号光光谱的测量与光谱信息的提取。受到体光栅制备工艺和器件尺寸等因素的限制，目前该类型光谱测量装置的分辨率只能达到1GHz量级。由于光纤中的受激布里渊散射(SBS)效应的增益带宽非常窄(10MHz量级)，因而可以等效为窄带光学滤波器、用于精细光谱成分的提取。与可调谐激光器相结合，能构成分辨率为10MHz量级光谱测量装置，在上述领域有着广泛的应用前景。然而基于SBS效应构建的窄带光学滤波器，其频率响应特性会随着信号光与泵浦光偏振态的匹配与否而发生明显变化。这样会导致基于该效应的光谱测量装置在对待测信号测量时呈现偏振相关性。即随着信号光偏振态的改变，采用该装置测量得到的光谱重复性差、不同频率处对应的光谱密度功率值不稳定。在文献(Preussler S,Zadok A,Wiatrek A,et al.Enhancement of spectral resolution and optical rejection ratio of Brillouin optical spectral analysis using polarization pulling.[J].Optics Express,2012,20(13):14734-45.)中，使用了多个偏振控制器来实现泵浦光与信号光偏振态的匹配，以达到最佳光谱测量效果。但是当信号的偏振态发生改变时，只有通过再次调节偏振控制器才能得到准确的光谱测量结果。这种基于SBS效应的偏振相关光谱测量装置缺乏实用价值。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的装置与方法，旨在解决现有基于SBS效应的光谱测量装置在对具有任意偏振态的输入光信号进行测量时，呈现出的光谱信息获取不准确、功率测量不稳定等问题。本专利技术提出一种消偏模块，包括光功率分配单元、延时单元、偏振控制单元以及可调分配比光功率耦合单元；其中：所述光功率分配单元的输入端为消偏模块的输入端，其两路输出端分别与延时单元、偏振控制单元的输入端相连；所述延时单元、偏振控制单元的输出端分别与可调分配比光功率耦合单元的两个输入端相连；可调分配比光功率耦合单元的输出端为消偏模块的输出端。进一步的，所述可调分配比光功率耦合单元由衰减器和光耦合器串接组成，其具有两个输入端，一个输出端，用于将两路输入光耦合成为一路输出光；所述衰减器设置在其中一个光耦合输入端，或者在两个输入端各设置一个；所述衰减器作用是使得两路激光在进入光耦合器前的光功率相等。进一步的，所述偏振控制单元的设置应使得通过其调节的输出激光与另一支路激光的偏振态正交，具体满足矩阵(S20，S21，S22，S23)T＝(S10，-S11，S12，-S13)T其中，S10、S11、S12、S13为另一支路激光对应的四个斯托克斯参量，(S10，S11，S12，S13)T表示另一支路激光的偏振态，(S20，S21，S22，S23)T表示通过偏振控制单元调节后的本支路激光的偏振态，S20、S21、S22、S23为其对应的四个斯托克斯参量。基于该消偏模块，本专利技术提出一种光谱偏振无关测量的装置，还包括泵浦光源模块和SBS效应发生模块；其中：所述泵浦光源模块的输出端接消偏模块的输入端；所述SBS效应发生模块的两个输入端分别接消偏模块的输出端和外部待测光信号；所述消偏模块中延时单元为光纤，用于使得两路激光在时间上不相关，其长度L最小值应满足其中Δλ为泵浦光源线宽，n为光纤折射率，λ为泵浦光源的工作波长；其长度L最大值应满足其中υ表示泵浦光源处于扫描工作状态时的扫描速度，Δ表示光谱测量装置的分辨率，c表示光纤中的光速。进一步的，所述光谱偏振无关测量的装置中的泵浦光源模块包括可调谐激光器单元和稳偏单元；所述稳偏单元的输入端与可调谐激光器单元的输出端相连；所述稳偏单元的输出端为泵浦光源模块的输出端。进一步的，所述光谱偏振无关测量的装置还包括数据采集与光谱重构模块，其输入端接SBS效应发生模块的输出端，用于完成光电转换、信号采集、数据处理和光谱重构。相应地，本专利技术还提出一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将可调谐激光器单元发出的处于扫描工作状态的激光经稳偏后送入消偏模块；(2)在消偏模块中，待消偏激光通过光功率分配单元分为两路，一路经过延时单元，使用延时单元对本路激光进行延时，使得其与第二路激光在时间上不相关；第二路激光经过偏振控制单元，使用偏振控制单元调节本路激光的偏振态，使得其与第一路激光的偏振态正交；两路激光通过可调分配比光功率耦合单元进行耦合，通过调节衰减器使得两路激光可以功率相等地耦合，得到消偏光；(3)将消偏模块输出的消偏光作为泵浦光输入到SBS效应发生模块中，与待测信号光在SBS效应发生模块中发生相互作用，对待测信号光进行滤波放大；(4)使用数据采集与光谱重构模块对经过SBS效应发生模块放大的待测信号光进行探测采集，实现数据从电信号到光信号的矫正、转换，完成光谱重构。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，使用消偏模块对泵浦光源模块输出的激光进行消偏，使得SBS效应发生模块等效的滤波器的频率响应不再随信号光与泵浦光偏振态的匹配与否发生变化。从而，基于SBS效应的光谱测量装置可以对具有任意偏振态的输入光信号进行测量，并且光谱信息获取准确、功率测量稳定。附图说明图1为一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的装置示意图；图2为一种基于频域消偏结构的光谱偏振无关测量的装置的一个实施例的结构示意图；图3为当延时光纤长度不同时，采用图2示例具体实施方式，经消偏模块后输出的消偏泵浦光的偏振度；图4为对具有不同偏振态的待测信号，采用消偏泵浦光与未消偏泵浦光时，SBS效应发生模块的频率响应对比情况；图5为对具有不同偏振态的待测信号，采用图2示例具体实施方式与基于SBS效应的偏振相关光谱测量装置，测量得到的光谱对比情况；图6为对同一待测信号，采用图2示例具体实施方式与基于SBS效应的偏振相关光谱测量装置进行光谱测量时，得到的功率长期稳定性的对比情况；图7为对同一待测信号，当延时光纤长度不同时，采用图2示例具体实施方式，测量得到的光谱对比情况。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-泵浦光源模块，2-消偏模块，3-SBS效应发生模块，4-数据采集与光谱重构模块，5-可调谐激光器单元，6-稳偏单元，7-光功率分配单元，8-延时单元，9-偏振控制单元，10-可调分配比光功率耦合单元，11-环形单元，12-SBS效应发生单元，13-光电探测单元，14-数据采集单元，15-光谱重构单元，16-可调谐激光器，17-稳偏器，18-1:1分束器，19-偏振控制器，20-延时光纤，21-可调光功率衰减器，22-1:1合束器，23-环形器，24-高非线性光纤，25-隔离器，26-光电探测器，27-数据采集卡，28-计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消偏模块，其特征在于，包括光功率分配单元、延时单元、偏振控制单元以及可调分配比光功率耦合单元；其中：所述光功率分配单元的输入端为消偏模块的输入端，其两路输出端分别与延时单元、偏振控制单元的输入端相连；所述延时单元、偏振控制单元的输出端分别与可调分配比光功率耦合单元的两个输入端相连；可调分配比光功率耦合单元的输出端为消偏模块的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种消偏模块，其特征在于，包括光功率分配单元、延时单元、偏振控制单元以及可调分配比光功率耦合单元；其中：所述光功率分配单元的输入端为消偏模块的输入端，其两路输出端分别与延时单元、偏振控制单元的输入端相连；所述延时单元、偏振控制单元的输出端分别与可调分配比光功率耦合单元的两个输入端相连；可调分配比光功率耦合单元的输出端为消偏模块的输出端。2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述可调分配比光功率耦合单元由衰减器和光耦合器串接组成，其具有两个输入端，一个输出端，用于将两路输入光耦合成为一路输出光；所述衰减器设置在其中一个光耦合输入端，或者在两个输入端各设置一个；所述衰减器作用是使得两路激光在进入光耦合器前的光功率相等。3.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述偏振控制单元的设置应使得通过其调节的输出激光与另一支路激光的偏振态正交，具体满足矩阵(S20，S21，S22，S23)T＝(S10，-S11，S12，-S13)T其中，S10、S11、S12、S13为另一支路激光对应的四个斯托克斯参量，(S10，S11，S12，S13)T表示另一支路激光的偏振态，(S20，S21，S22，S23)T表示通过偏振控制单元调节后的本支路激光的偏振态，S20、S21、S22、S23为其对应的四个斯托克斯参量。4.一种基于权利要求1-3所述消偏模块的光谱偏振无关测量的装置，其特征在于，还包括泵浦光源模块和SBS效应发生模块；其中：所述泵浦光源模块的输出端接消偏模块的输入端；所述SBS效应发生模块的两个输入端分别接消偏模块的输出端和外部待测光信号；所述消偏模块中延时单元为...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯昌剑，邢晨，张科，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42