一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光纤测量技术领域，具体涉及到一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置，该装置包括可调谐激光源模块、待测器件模块、偏振分束干涉仪模块、辅助干涉仪模块和信号采集分析模块，其特征是：通过使用偏振分束器来分离经过待测器件出来的传输模式和耦合模式光来抑制主干涉峰，进而提升灵敏度到

【技术实现步骤摘要】
一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置


[0001]本专利技术设计属于光纤测量
，具体涉及到一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置。

技术介绍

[0002]偏振光学器件是构成高精度光学测量与传感系统的重要组成部分，随着偏振器件工艺的的完善和精度的提升，器件的消光比峰越来越低，偏振串扰越来越小，现有技术已严重阻碍了高精度光学测量与传感系统的发展。
[0003]作为一种分布式光学偏振串音特性检测的重要技术，基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量技术(OCDP)主要致力于偏振串音位置和强度的高精度分析，进而对偏振光学器件的性能进行测试与评估。OCDP技术凭借其高测量灵敏度、高空间分辨率、大动态范围等优点，在保偏光纤高精度对轴、器件消光比测试、光纤陀螺环测试等领域得到了广泛的应用。与其他如：偏振时域反射技术(POTDR)、光频域反射技术(OFDR)、光相干域反射技术(OCDR)等分布式检测方法与技术相比，OCDP技术具有结构简单、高空间分辨率(5～10cm)、大测量范围(测量长度几公里)、超高测量灵敏度(耦合能量
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80～
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100dB)、超大动态范围等优点，非常有希望发展成为一种高精度、通用化测试技术和系统。
[0004]随着技术不断发展，现有的光学相干域偏振测量技术OCDP方案需要不断地改进以适应不断更新的器件测试。一些极弱的偏振模式耦合或极高的偏振消光比(＞80dB)是极易受环境噪音影响的。这些小信号将在噪声本底中淹没，从而导致峰值信息识别时的混乱。在分布式偏振耦合测量系统中，测量的灵敏度和系统的动态范围由系统自身的噪声本底直接决定。系统的噪声主要有三种典型噪声，光散粒噪声、干涉拍噪声和电路热噪声。我们需要通过抑制这些噪声来提升偏振模式耦合测量系统的动态范围和检测灵敏度。
[0005]为了进一步提升测试的灵敏度、动态范围和器件测量长度，杨军等人提出了使用偏振分束器分离传输光和耦合光来抑制拍噪声提升灵敏度、使用衰减器合理选择衰减倍数来对传输能量进行衰减来降低相对强度噪声(一种光学偏振器件分布式偏振串扰测量的噪声抑制装置与抑制方法，CN201510212810.8)，
[0006]2016年，李创等人提出通过一种基于PBS的偏振耦合测量系统和方案(李创.超高灵敏度偏振耦合测量技术与Y波导测试方法研究[D].哈尔滨工程大学，2016.)，利用白光干涉技术，将传统方案中的耦合器替换偏振分束器后，器件出来的传输光和耦合光被彻底分离，避免了干涉拍噪声带来的影响。
[0007]由于光学相干域偏振测量技术OCDP中使用的宽谱光源能量较低，因此信噪比不足，导致动态范围始终无法得到大跨越提升。而且由于采用的机械位移台扫描的方式来控制光程扫描，使得系统的复杂度增加，可靠性降低且扫描时间花费较长。
[0008]偏振敏感的光频域反射技术(P
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OFDR)相较于光学相干域偏振测量技术OCDP，充分利用可调谐激光器的特性大幅提升测量速度与信噪比，但却无法对关键性的偏振串音参量进行测量。
[0009]因此，为了解决上述问题，2021年一种基于光频域移频干涉的分布式偏振串音快速测量装置被提出(一种基于光频域干涉的光纤分布式偏振串音快速测量装置，CN202110828166.2)，该申请人使用了高相干度的可调谐激光光源进行快速波长扫描，免除了原有的机械式扫描延迟器结构，使用带有光纤延长臂的马赫曾德尔干涉仪作为辅助干涉仪去校正光纤非线性噪声，结构稳定且可靠，极大提高了偏振串音测量的速度和动态范围。同年，该申请人在原有基础上增加了一个带有光纤延长臂的马赫曾德尔干涉仪作为主干涉仪来将拍频信号移频到高频处，避免了低频处的信号混叠(一种基于光频域移频干涉的分布式偏振串音快速测量装置，CN202110828088.6)。
[0010]基于白光干涉的偏振模式耦合测量系统的动态范围已经达到了～90dB然而，这种系统要求每个部件和设备都要保持在最佳状态。与光学相干域偏振测量系统相比，一些极弱的偏振模式耦合或极高的偏振消光比(＞80dB)是极易受环境噪音影响的。这些小信号将在噪声本底中淹没，从而导致峰值信息识别时的混乱。
[0011]本专利技术基于现有技术改进，公开了一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置。相比于传统的基于光频域干涉的分布式偏振串音快速测量装置，在偏振分束干涉仪部分用偏振分束器代替了原本的50∶50耦合器，使得从待测器件出来正交的传输模式和耦合模式能够分别注入到干涉仪的参考臂和耦合臂中，此时原本的主干涉峰被抑制，由主干涉峰引入的相位噪声同样被抑制，进而可以获得更高的灵敏度。相比于传统方案，在同等光源功率的条件下偏振分束器输出的光信号幅度能够提升四倍，有效提升了光源的利用率，另外本专利技术使用辅助干涉仪来消除了光源扫频非线性引入的信号混叠问题，具有体积小，系统可靠稳定，高灵敏度等优点。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种能够提升偏振串音测试的动态范围和灵敏度，同时克服低频闪烁噪声和信号混叠问题的一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置。
[0013]本专利技术的目的是通过如下措施来实现的：
[0014]一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置，包括可调谐光源模块1、待测器件模块2、偏振分束干涉仪模块3、辅助干涉仪模块4和信号采集分析模块5，其特征在于：
[0015]可调谐激光源模块1发送线性调频连续光601，从第一耦合器输入端602a注入第一耦合器602并分为两束光；
[0016]第一耦合器602中的光束经第一耦合器第一输出尾纤602b后注入待测器件模块2；
[0017]从待测器件模块2输出的光束注入到偏振分束干涉仪模块3，再由其中的偏振分束器输入尾纤301注入偏振分束器302并分为两束正交状态的光，一束作为参考光注入参考臂303，另一束作为测试光注入测量臂304，参考臂303和测量臂304输出的光束在第二耦合器308中进行合束后再分成两束，然后由第一平衡探测器309进行差分探测；
[0018]所述待测器件模块(2)的光程差为X1；
[0019]第一耦合器602中的光束经第一耦合器第二输出端602c后注入辅助干涉仪模块4；
[0020]偏振分束干涉仪模块3输出的偏振分束干涉仪信号310和辅助干涉仪模块4输出的
辅助干涉仪信号407共同注入信号采集分析模块5中的采集单元501中进行采集，得到的信号再进入到信号处理单元502中进行数据分析和处理；
[0021]待测器件模块2由待测器件输入尾纤204a、待测器件204、待测器件输出尾纤204b按顺序连接；连接待测器件的输入尾纤204a连接起偏器；待测器件204的待测参量包含高消光比时，所述第一连接点202的熔接角度为θ1＝45
°
，所述待测器件204的待测参量为一般耦合点的偏振串音时，所述第一连接点202的熔接角度为θ1＝0
°±2°
或θ1＝90本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高灵敏偏振分束探测的分布式偏振串音测量装置，包括可调谐光源模块(1)、待测器件模块(2)、偏振分束干涉仪模块(3)、辅助干涉仪模块(4)和信号采集分析模块(5)，其特征在于：1)可调谐激光源模块(1)与第一耦合器(602)相连；第一耦合器第一输出尾纤(602b)与待测器件模块(2)的起偏器输入尾纤(201a)相连，第一耦合器第二输出尾纤(602c)连接辅助干涉仪模块(4)的第三耦合器输入尾纤(401a)；2)偏振分束干涉仪模块(3)的偏振分束器输入尾纤(301)与待测器件模块(2)的待测器件输出尾纤(204b)于第四连接点(206)相连，偏振分束器(302)与第二耦合器(308)连接组合成包括参考臂(303)和测量臂(304)的Mach
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Zehnder型干涉仪，第二耦合器(308)连接至第一平衡探测器(309)并由第一平衡探测器(309)进行差分探测；3)可调谐激光源模块(1)发出波长随时间做线性变化的扫频光(601)，经过第一耦合器(602)分成两路，其中一路经过待测器件模块(2)，偏振分束干涉仪模块(3)，另一路经过辅助干涉仪模块(4)后分别由第一平衡探测器(309)和第二平衡探测器(406)探测得到偏振分束干涉仪信号(310)和辅助干涉仪信号(407)，两者共同注入信号采集分析模块(5)中的采集单元(501)中进行采集，得到的信号再进入到信号处理单元(502)中进行数据分析和处理；2.由权利要求1所述的偏振分束干涉仪模块(3)，其特征在于：由待测器件引入的光束的耦合模式和传输模式在偏振分束器输入尾纤(301)呈现正交状态，偏振分束器(302)将其完全分离并分别注入到干涉仪的参考臂(303)和测量臂(304)中，偏振分束器(302)与第二耦合器(308)通过法兰盘连接于第五连接点(305)和第六连接点(306)，通过偏振控制器(307)来调节偏振分束干涉仪的偏振态来获取尽可能幅度大的信号；3.由权利要求1所述的待测器件模块(2)，其特征在于：待测器件模块(2)由起偏器输入尾纤(201a)、起偏器(201)、起偏器输出尾纤(201b)、第一连接点(202)、待测器件输入尾纤(204a)、第二连接点(203)、待测器件(204)、第三连接点(205)、待测器件输出尾纤(204b)和第四连接点(206)按顺序连接；待测器件输入尾纤(204a)连接起偏器；待测器件(204)的待...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻张俊，林钰昊，杨军，温坤华，徐鹏柏，王云才，秦玉文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：