一种检测保偏光纤的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量保偏光纤状况的装置，属于光学测量、光纤传感技术领域。该装置包括：一个光源提供一束线偏振光，光束通过待测光纤后，通过一个起偏器将偏振态旋转一个角度后，进入一个光分束器分成两束光，一个光延迟器将其中一束光进行延迟，再合束到光合束器当中进行干涉，一个光探测器接收干涉光并转换成电信号，一套电路处理电信号获得光纤各个部位的状况。本发明专利技术可以高精度、方便、快捷地对保偏光纤的状况进行测定，有利于实现保偏光纤在传感等领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量、光纤传感
；特别涉及利用分布式偏振串扰检测技 术检测保偏光纤，从而实现保偏光纤在传感
的更好应用。
技术介绍
保偏光纤是一种光信息传输和处理的重要媒介，同时也是作为光传感技术的重 要器件，其在传感方面的一个典型应用，就是制作角度传感器(又称光纤陀螺)的核心部 件一光纤环。保偏光纤环是光纤角度传感器(又称光纤陀螺)的核心部件，它的缠绕质量好坏 直接决定光纤陀螺的精度。目前，传统的光纤环检测方法，例如凭借消光比或光时域反射技 术(OTDR)来评判保偏光纤环的优劣，不能完全和精确地反映出光纤环的缠绕质量，从而也 就无法对提高光纤环质量提出准确的工艺改造数据，具有局限性。光纤陀螺(Fiber Optic Gyro, FOG)的原理是基于Sagnac效应，也即当环形干涉 仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差。一束光进入光纤环的闭合光路中，被分成两 束在同一光路中沿闭合光路相向传播，当光路不发生旋转的时候，两束光会同时回到光的 初始注入点，这种情况下，光路的特性称之为是具有互易性(光从两个方向入射的效果是 相同的)。在光路发生转动的时候，与旋转同向传播的光会比反向传播的光所经历的路程 要长(这个时候的光路被称之为具有非互易性)。从而产生了与转动角速度成正比的光程 差。这个光程差可以通过干涉法测量来确定，这种光路中的相位变化可通过光电探测器将 干涉光信号转变成电压信号输出来检测。由于输出信号与转动引起的相位差呈余弦函数关 系，为了获得高灵敏度，需要调制来施加偏置，使之工作在一个响应斜率不为零的点。光纤环是光纤陀螺的传感核心部件，它对光纤陀螺来说，既是提高精度的重要途 径，同时也是主要影响精度的因素。光纤环在绕制过程中需采用特殊的缠绕方式、精密的绕 制技术，来保证光纤环具有高质量的静态特性(低的偏振串音、低的插入损耗等)和高质量 的瞬态特性(抗振动、抗冲击、不受环境温度和磁场的影响)。光纤环在具体的应用中会受到由机械张力、振动、冲击和温度梯度等因素引起的 环境干扰，当环境干扰对相向传播的两束光信号影响不同时，会产生附加相位漂移误差。这 种瞬态效应会妨碍Sagnac相位差的精确检测。为提高光纤陀螺的精度，必须减小和消除光纤环缺陷对重组光信号的影响，在光纤环绕制过程中或者完成后，及时发现光纤中的缺陷，并及时进行改善，可提高光纤环的缠绕质量。光纤环的绕制工艺直接决定了光纤环的缠绕质量。例如，光纤环绕制不对称易产 生热致非互易性相移；光纤环绕制技术不完善会导致光纤环插入损耗增大和保偏光纤环出 现消偏性；光纤环绕制过程中的应力(缠绕的压应力、弯曲应力和扭曲应力等)会造成光纤 环性能下降和应力产生的非互易性相移，等等。这些均作为光纤环路中的光路缺陷，对传输 于光纤环中光波相位产生影响，从而降低光纤陀螺的整体精度。目前，进行光纤环绕制前，原料(保偏)光纤质量检测还仅仅限于检测损耗、消光比等总体性能指标，无法得到光纤性能精确的分布式情况。在光纤环绕制中，目前普遍采用 多极对称绕法，这种绕制方法在一定程度上改善了光纤环瞬态特性。但这种绕制方法，操作 复杂。在绕制中需要对一些光纤爬升、塌陷、交叉等缺陷及时发现纠正，否则会严重影响光 纤环的性能。现在，在绕制过程中进行在线检测的方法不是很多，主要是视频监控、张力监 控等手段。这些都是间接反映绕制质量，无法直接监控绕制过程对光纤性能的影响。在利 用分布式传感手段检测光纤环方面，较传统的方法是利用BOTDR(布里渊时域反射计)检测 光纤环应力情况，但该方法空间分辨率和传感灵敏度较低，难以实现在线精确监测光纤环 质量。最后，在光纤环绕制完成后成品的热应力检测，现有方法也难以实现。因此，就需要 有一种方法能够准确检测出光纤环的光纤所处的状况，包括绕制成光纤环后内部各个点的 状况(如受压、扭曲等)，以及光纤环原料光纤在绕制前均勻与否状况。此外，光纤传感在工业控制、建筑物健康检测方面也在逐步发挥重要作用，其中一 个应用，就是将保偏光纤铺设在建筑物(如桥梁、水坝、楼宇等)上，当建筑物的被测量部位 产生微小变形或者位移的时候，就会对保偏光纤产生压力或者扭曲，通过测量保偏光纤受 到建筑物作用部位的状况，从而判断出建筑物的状况。目前建筑物的检测主要是通过人工 实地测量的方法，比如现在大桥状况的监测方法之一，是用悬吊臂将人吊装到大桥下面进 行实地测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足，提出一种测量保偏光纤状况的装置；本 装置通过分布式偏振串扰检测准确判断出保偏光纤所受到的压力、扭曲等状况所产生的位 置和类型，进而可以判断整个被测光纤的状况，从而为利用所测量到的这些状况进行传感 技术开发提供依据。本专利技术提出一种测量保偏光纤的装置，其特征在于，该装置包括一发出线偏振光的宽频带光源，用于将输出的一束宽频带线偏振光作为输入光从 待测保偏光纤的一端输入到待测保偏光纤中，并使该输入光的偏振方向与保偏光纤的一个 偏振轴重合；一个检偏器，用于接收从待测保偏光纤的另一端输出的输出光，并使该检偏器的 检偏方向与保偏光纤的输出光的偏振轴方向成一度角α，90° > α > 0° ；一个分束器，用于将通过检偏器的光分成两束；一个可控光延迟器，用于将检偏器分成的两束光中的一束光做不同延迟度下的光 延迟；一个合束器，用来将所述分束器分束的两束光合到一起产生干涉光；一个光探测器，用于接收所述干涉光信号，并转换成电信号；一套电路系统，用来接收光探测器的电信号，并经过处理，获取不同延迟度对应该 光纤不同位置的光的干涉可见度，作为该光纤的各对应位置的偏振串扰强度，来判断出该 待测光纤各位置的状况。本专利技术的主要特点及有益的效果本专利技术提出的方法是基于分布式偏振串扰测量技术，应用到保偏光纤检测中；由于分布式偏振串扰测试仪空间分辨率和测试灵敏度都比较高，而且测量长度长，在光纤传 感
有着重要意义，尤其是这种方法可以实现光纤陀螺用光纤环的缺陷检测，以及 对其原料光纤质量检测，光纤环绕制中的在线检测，光纤环成品的分布式检测以及光纤环 热应力情况检测；从而可以有效地、有针对性地调整工艺，有效提高光纤环绕制质量，减少 绕制缺陷，保证光纤环绕制对称性。对于绕制工艺，比如张力控制、垫纸、涂胶、骨架材料选 择等方面都可实现监控。另外，本专利技术采用的分布式偏振串扰测试方法的测试灵敏度也足 以对光纤环固定用胶的选择和应力释放等工艺问题进行即时定量分析。本专利技术除了针对光纤陀螺用的光纤环，还可用于对其他传感领域(如电场传感、 建筑物检测)的光纤进行检测，对光纤环的检测应用主要是检测其内部缺陷，其他传感领 域的应用则包括通过检测光纤的偏振串扰，判断光纤所受到的压力、扭曲等，从而以光纤作 为传感媒介检测被测物体的受力情况或者变形情况。附图说明图1为保偏光纤中某点处当受到外部扰动时发生偏振串扰示意图；图2为本专利技术的检测原理示意图；图3为本专利技术装置示意图1 ；图4为本专利技术装置示意图2 ；图5为采用本专利技术对IOOOm保偏光纤偏振串扰测量结果，在381m处原光纤存 在-47dB高串扰点；具体实施例方式本专利技术提出的装置结合附图及实施例详细说明如下本专利技术提出的一种检测保偏光纤的装置，其特征在于，该装置包括一发出线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测保偏光纤的装置，其特征在于，该装置包括：一个发出线偏振光的宽频带光源，用于将输出的一束宽频带线偏振光作为输入光从待测保偏光纤的一端输入到待测保偏光纤中，并使该输入光的偏振方向与保偏光纤的一个偏振轴重合；一个检偏器，用于接收从待测保偏光纤的另一端输出的输出光，并使该检偏器的检偏方向与保偏光纤的输出光的偏振轴方向成一度角α，９０°＞α＞０°；一个分束器，用于将通过检偏器的光分成两束；一个可控光延迟线，用于将检偏器分成的两束光中的一束光做不同延迟度下的光延迟；一个合束器，用来将所述分束器分束的两束光合到一起产生干涉光；一个光探测器，用于接收所述干涉光信号，并转换成电信号；一套电路系统，用来接收光探测器的电信号，并经过处理，获取不同延迟度对应该光纤不同位置的光的干涉可见度，作为该光纤的各对应位置的偏振串扰强度，来判断出该待测光纤各位置的状况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓天，
申请(专利权)人：苏州光环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]