一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统，属于集成共路干涉电场测量系统技术领域，该系统包括光源、依次设置在与光源输出光束同轴光路上的起偏器、输入保偏光纤、电光晶体、输出保偏光纤和检偏器；所述光源为宽谱光源，所述输入保偏光纤和输出保偏光纤的长度L满足：L乘以宽谱光源的中心波长再除以保偏光纤的拍长所得到的值大于等于宽谱光源的相干长度。本发明专利技术测量系统通过采用宽谱光源并使用设定长度的输入、输出保偏光纤，可有效消除偏振相关噪声，大幅降低集成共路干涉电场测量系统中产生的偏振相关噪声，可提高集成共路干涉电场测量系统的测量准确度和精度。

An integrated common path interference electric field measurement system for eliminating polarization dependent noise

The invention discloses an integrated common-path interferometric electric field measurement system for eliminating polarization-related noise, belonging to the technical field of integrated common-path interferometric electric field measurement system. The system comprises a light source, a polarizer arranged sequentially on the coaxial optical path of the output beam of the light source, an input polarization-maintaining fiber, an electro-optic crystal, an output polarization-maintaining fiber and a detection device. The light source is a broad-spectrum light source, the length L of the input polarization-maintaining fiber and the output polarization-maintaining fiber satisfies: L multiplied by the central wavelength of the broad-spectrum light source and divided by the beat length of the polarization-maintaining fiber, the value obtained is greater than or equal to the coherent length of the broad-spectrum light source. The measuring system of the invention can effectively eliminate the polarization-related noise by adopting a broad-spectrum light source and using a Set-Length input and output polarization-maintaining fiber, greatly reduce the polarization-related noise produced in the integrated common-path interference electric field measuring system, and improve the measuring accuracy and precision of the integrated common-path interference electric field measuring system.

【技术实现步骤摘要】
一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统
本专利技术属于集成共路干涉电场测量系统
，特别涉及一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统。
技术介绍
目前，基于集成共路干涉传感器的电场测量系统中，如图1所示，光源产生的光波经起偏器P起偏后转化为线偏振光，线偏振光经输入保偏光纤PMF进入电光晶体LN(如LiNbO3晶体)，从该晶体出射的椭圆偏振光经输出保偏光纤PMF进入检偏器A，至此光波相位调制转变为光强度调制(即通过该测量系统将无法直接测量的相位转变为可直接测量的光强度)。保偏光纤PMF、电光晶体LN等作为偏振态转换装置，均可视为延迟片。设笛卡尔坐标系为xyz(z轴沿光源传播方向设置，x轴沿电光晶体的主轴设置)，各延迟片、起偏器、检偏器的主轴方向图1所示，记起偏器P、所有保偏光纤、电光晶体LN和检偏器A的主轴与x轴的夹角为αi，i＝1,2,3,4，即各光学元器件的对准角度。然而，对于集成共路干涉传感器，输入、输出保偏光纤的双折射效应会使光波产生附加的相位调制，所以有待研究图1所示的各元件的对准角度αi对光路稳定性的影响。目前，现有技术中有一些解决的办法，比如，对光波偏振态进行分析的常用方法是Jones矩阵法。采用Jones矩阵法时，输入、输出光波的Jones矢量均位于同一坐标系(如笛卡尔坐标系xyz)。对于图1所示的光路，共涉及四个对准角度(α1、α2、α3和α4)，若采用Jones矩阵法进行分析则将非常复杂。而且，目前所采用的保偏光纤PMF的拍长约为4mm，其双折射效应非常显著，环境中轻微的振动或温度变化即可使输入保偏光纤造成的相位差φfi和输出保偏光纤造成的相位差φfo产生剧烈波动，使测量系统产生严重的偏振相关噪声。目前光学传感应用中通常采用激光作为光源，激光的谱线宽度为10-6nm量级，相应的相干长度为数百千米(张三慧.大学物理学.北京:清华大学出版社,2000:129-133.)，因此采用激光光源时难以通过增加光纤长度消除偏振相关噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统。本专利技术采用宽谱光源并采用设定长度的输入、输出保偏光纤，可有效消除集成共路干涉电场测量系统的偏振相关噪声。解决上述技术问题，本专利技术提供了一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统，包括光源、依次设置在与光源输出光束同轴光路上的起偏器、输入保偏光纤、电光晶体、输出保偏光纤和检偏器；所述光源为宽谱光源，所述输入保偏光纤和输出保偏光纤的长度L满足以下公式：式中，Linter为宽谱光源的相干长度，λ为宽谱光源的中心波长，Δλ为宽谱光源的谱宽，Beat为保偏光纤的拍长。本专利技术的特点及有益效果：本专利技术采用一宽谱光源作为集成共路干涉电场测量系统的光源，设置所述宽谱光源的谱宽，由该谱宽和光源波长确定光源的相干长度，并将输入保偏光纤长度和输出保偏光纤配置为不小于该相干长度，在沿光纤主轴传输的正交模式不相干时，静态输出偏振相关噪声消除后的光路。本专利技术通过采用宽谱光源并使用设定长度的输入、输出保偏光纤，可有效消除偏振相关噪声，大幅降低集成共路干涉电场测量系统中产生的偏振相关噪声，可提高集成共路干涉电场测量系统的测量准确度和精度。附图说明图1是现有集成共路干涉电场测量系统内光路中各元件的主轴方向示意图；图2是各光学元件主轴间的相对角度示意图；图3(a)-图3(b)是α1＝α4＝1°时，传感器的静态输出示意图；图4(a)-图4(b)是α1＝α4＝3°时，传感器的静态输出示意图；图5是传感器归一化的静态输出示意图(采用激光光源)；图6是噪声强度随α1、α4的变化示意图；图7(a)-图7(b)是传感器静态输出的计算结果及实验结果示意图；图8是传递函数随α2、α3的变化示意图；图9是考察消光比随α2和α3的变化示意图。具体实施方式现在将进一步采用实施例描述本专利技术公开的技术方案。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解本专利技术的技术方案的内容和实现本专利技术的目的而已，而非对本专利技术的保护范围的任何限制。因此本所保护的技术方案的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。如本申请中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。本专利技术实施例的一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统，其结构如图1所示，包括光源、依次设置在与光源输出光束同轴光路上的起偏器P、输入保偏光纤PMF、电光晶体LN、输出保偏光纤PMF和检偏器A，各元器件的对准角度与现有技术相同；其中，光源为宽谱光源，其它元件均采用常规产品，输入保偏光纤和输出保偏光纤的长度L满足以下公式(1)：式中，Linter为宽谱光源的相干长度，λ为宽谱光源的中心波长，Δλ为宽谱光源的谱宽，Beat为(输入或输出)保偏光纤的拍长。本实施例采用宽谱光源的谱宽Δλ为40nm，宽谱光源的波长为1550nm，输出保偏光纤的拍长为4mm，计算得到输入、输出保偏光纤长度L不小于0.15m。对于通信领域的其他波长的宽谱光源，输入保偏光纤和输出保偏光纤的长度选取满足公式(1)即可。本专利技术的集成共路干涉电场测量系统根据在沿光纤主轴传输的正交模式不相干时，静态输出偏振相关噪声消除后的光路，若沿光纤主轴传输的正交模式不相干，则偏振相关噪声的结果为0，即偏振相关噪声的强度为0。本专利技术的原理及其有效性验证如下：集成共路干涉电场测量系统典型的光路结构中，光源产生的光波经起偏器P起偏后转化为线偏振光，线偏振光经输入保偏光纤PMF进入LiNbO3晶体LN，从晶体出射的椭圆偏振光经输出保偏光纤PMF进入检偏器A，至此光波相位调制转变为光强度调制。保偏光纤、电光晶体等作为偏振态转换装置，均可视为延迟片。设笛卡尔坐标系为xyz，各延迟片、起偏器、检偏器的主轴方向如图1所示，与x轴的夹角为αi。对于集成共路干涉传感器，输入、输出保偏光纤的双折射效应会使光波产生附加的相位调制，需要研究如图1所示的各元件间对准角度对光路稳定性的影响。对光波偏振态进行分析的常用方法是Jones矩阵法。采用Jones矩阵法时，输入、输出光波的Jones矢量均位于同一坐标系(如笛卡尔坐标系xyz)。对于图1所示的光路，共涉及四个对准角度(α1、α2、α3和α4)，采用Jones矩阵法进行分析将非常复杂。本专利技术中所关注的是从检偏器A中输出的光波强度，而不关心光波矢量的方向。为简化运算，本专利技术采用坐标轴变换法，将光波沿各延迟片的主轴方向进行正交分解。各元件主轴间的相对角度如图2所示，其中x代表电光晶体的主轴，Sp、Sfi、Sfo、Sa分别代表起偏器、输入保偏光纤、输出保偏光纤和检偏器的慢轴。为便于分析，引入坐标轴变换矩阵R(θ)：此处仅关注光波偏振态的变化，忽略各光学元件的插入损耗。从起偏器P出射的线偏振光Ep如式(2-2)所示，该线偏振光进入各延迟片后均将其沿主轴进行正交分解，输入保偏光纤PMF、电光晶体LN、输出保偏光纤PMF使光波的一对正交分量Esp、Efp所产生的相位差分别为设输入保偏光纤、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统，包括光源、依次设置在与光源输出光束同轴光路上的起偏器、输入保偏光纤、电光晶体、输出保偏光纤和检偏器；其特征在于，所述光源为宽谱光源，所述输入保偏光纤和输出保偏光纤的长度L满足以下公式：

【技术特征摘要】
1.一种消除偏振相关噪声的集成共路干涉电场测量系统，包括光源、依次设置在与光源输出光束同轴光路上的起偏器、输入保偏光纤、电光晶体、输出保偏光纤和检偏器；其特征在于，所述光源为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，庄池杰，汪海，余占清，王博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11