一种全光纤四分之一波片制作方法技术

本发明专利技术涉及全光纤电流互感器领域，尤其是一种全光纤电流互感器中四分之一波片制作方法。本发明专利技术针对现有技术中存在的问题，提供一种全光纤四分之一波片及制作方法，能有效的解决全光纤四分之一波片制作过程中的保偏光纤对轴角度的控制和精确的截取四分之一拍长长度两大难点问题。本发明专利技术通过一系列的步骤详细的说明了全光纤电流互感器四分之一波片制作方法，解决了现有技术中存在的问题。本方法主要应用于四分之一波片制作领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全光纤电流互感器领域，尤其是一种全光纤电流互感器中四分之一波片制作方法。
技术介绍
对于全光纤电流互感器的研制，目前采用的均是环形或反射式Mgnac干涉仪方案，该方案借鉴了目前较为成熟的光纤陀螺技术，这两种技术的光路结构、检测方法、关键技术等内容几乎完全一样，区别仅在于全光纤电流互感器比^gnac型光纤陀螺多了一个关键光学器件一四分之一波片，其主要作用是将传输线路上的线偏振光转变为用于传感的圆偏振光，即为传输光信号与传感光信号的中转点，从而利用法拉第效应(外加磁场使得两束圆偏振光在传播一段距离后会产生一定的相位差，可通过测量该相位差来获得磁场及产生磁场的电流信息)进行电流检测。四分之一波片在全光纤电流互感器中对光信号的偏振态起关键影响，但由于无法借鉴目前较为成熟的光纤陀螺技术，导致该器件成为全光纤电流互感器研制过程中最难的地方之一。通过偏振控制器、晶体波片和全光纤波片都可以实现四分之一波片的功能，偏振控制器的结构设计非常复杂，不适合在工程实现中应用；晶体波片本身温度特性较好，但是存在空间光向光纤耦合的问题，稳定性较差；由光纤制成的全光纤四分之一波片，结构简单、紧凑，具有更大的带宽，能更好的与前后光纤进行连接，同时稳定性较好。全光纤四分之一波片的制作原理及过程非常简单，由两段保偏光纤以45°对轴熔接，再截取输出端光纤的四分之一拍长长度制作而成，但在制作过程中不可避免地存在两大难点首先是保偏光纤对轴角度的控制，即两段保偏光纤45°熔接时的对轴角度无法完全控制到45°，会存在一定的偏差(一般在士0.7°左右);其次，更困难的是，由于保偏光纤的拍长一般为几毫米(拍长为保偏光纤的一项基本参数，其指标一般在2mm IOmm范围内， 国际上的最高指标也没超过30mm，只能达到20mm左右)，因此很难在毫米级的长度上精确的截取四分之一拍长长度。全光纤四分之一波片的两大制作难点使制作好的波片存在一定的误差，从而导致全光纤电流互感器也存在误差，使其测量准确度达不到电力系统的计量要求。全光纤四分之一波片制作过程中的两大难点是目前国际上光纤传感领域的共有难题，尤其是精确截取四分之一拍长长度的难点，导致该器件成为全光纤电流互感器研制过程中最大的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术针对上述存在的问题，提供一种全光纤四分之一波片及制作方法，能有效的解决全光纤四分之一波片制作过程中的两大难点。本专利技术采用的技术方案如下，包括以下步骤步骤一搭建偏振光光源装置，生成线偏振光，作为制作波片时用于监测的信号光；步骤二 将偏振光光源装置与全光纤波片输入端光纤一端熔接；步骤三全光纤波片输入端光纤另一端与波片光纤一端进行45°熔接；步骤四截取波片光纤四分之一拍长长度；步骤五测试截取后波片光纤输出的光信号；步骤六熔接全光纤波片输出端光纤与波片光纤另一端。所述步骤一中偏振光光源装置包括SLED光源、光纤起偏器、SLED光源光纤、光纤起偏器光纤，将SLED光源光纤输出端与光纤起偏器光纤输入端在保偏光纤熔接机中进行熔接，从而SLED光源输出的光信号经过光纤起偏器起偏后，生成具有较高偏振度的线偏振光，并由光纤起偏器输出端光纤引出，作为制作波片时用于监测的信号光，然后松开保偏光纤熔接机夹具，取出熔接好的光纤。所述步骤二具体步骤包括bl)光纤起偏器光纤输出端与全光纤波片输入端光纤一端放入保偏光纤熔接机的两个光纤夹具中，采用半自动熔接方式在熔接机里对准；b2)全光纤波片输入端光纤另一端接入偏振分析仪，偏振分析仪对其传输光信号的偏振消光比和偏振度进行实时检测；b3)通过调节保偏光纤熔接机的马达，手动旋转全光纤波片输入端光纤，当全光纤波片输入端光纤传输光信号的偏振消光比达到20dB 40dB且偏振度接近100%时，进行放电熔接，精确实现光纤起偏器光纤输出端与全光纤波片输入端光纤的对轴熔接；b4)松开保偏光纤熔接机夹具，取出熔接好的光纤。 所述步骤三具体步骤包括Cl)将全光纤波片输入端光纤另一端与波片光纤的一端放入保偏光纤熔接机的两个光纤夹具中，采用半自动熔接方式在熔接机里对准，而波片光纤另一端接入偏振分析仪，对波片光纤中传输的光信号的偏振消光比和偏振度进行实时检测；c2)通过调节保偏光纤熔接机，手动旋转波片光纤，当波片光纤传输光信号的偏振消光比接近OdB且偏振度接近100%时，进行放电熔接，精确实现保偏光纤45°熔接点的熔接。c3)松开保偏光纤熔接机夹具；所述步骤四是将45°熔接点、全光纤波片输入端光纤与波片光纤组成的光纤段从保偏光纤熔接机中取出，通过游标卡尺和光纤切割刀截取波片光纤四分之一拍长长度，截取后光纤段包含有全光纤波片输入端光纤、45°熔接点和仅剩四分之一拍长长度的波片光纤。所述步骤五是将截取后的光纤段接入偏振分析仪，对波片光纤中传输光信号的偏振消光比和偏振度进行检测，当偏振消光低于2. OdB且偏振度高于95%时，可认为制作出了理想的全光纤四分之一波片，否则重复步骤二到步骤五。所述步骤六是波片光纤另一端与全光纤波片输出端光纤在保偏光纤熔接机中进行熔接。所述光纤起偏器光纤、全光纤波片输入端光纤、波片光纤为保偏光纤，所述全光纤波片输出端光纤为低双折射光纤或单模光纤。所述波片光纤为椭圆纤芯型或一字型的保偏光纤。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是通过一系列的优化措施，解决了目前国内外在制作全光纤四分之一波片时的两大难点一保偏光纤熔接时的对轴误差控制和波片光纤毫米级的四分之一拍长长度的精确截取， 提高了全光纤四分之一波片当前的制作水平，为成功研制出满足应用要求的全光纤电流互感器奠定了基础1)放弃全自动熔接方式，而采用半自动熔接方式，即先采用熔接机的半自动对准方式将两端的保偏光纤初步对轴，使对轴准确度达到士0.7°左右，再调节熔接机的马达，手动旋转光纤轴向，同时加上偏振分析仪进行实时检测，达到所需测试值时再进行放电熔接，该熔接方式放弃了通过CCD分辨光纤图像来判断快慢轴的传统熔接方式，而通过偏振分析仪的测试值来判断快慢轴，可使对轴准确度大幅提高到士0.2° (依靠熔接机自身的发展，该指标还有较大的提升空间)，即熔接机马达本身的旋转准确度，而忽略CCD较低的分辨率对光纤对轴的影响，从而使该方法制作的全光纤四分之一波片的对轴误差大幅低于目前通常的制作水平。此外，本专利技术的熔接方式通用于任意类型的保偏光纤，改进了全自动熔接方式的熔接程序有限，而只能熔接几种通常类型的保偏光纤，无法对特殊的保偏光纤进行熔接的缺陷(制作全光纤波片时有可能涉及到一些特殊的保偏光纤)，同时还解决了更换保偏光纤类型后必须更换熔接程序的问题，提高了熔接效率。2)对熔接效果及波片性能的验证，不仅采用了检测偏振消光比的传统方式，还同时对偏振度进行检测，通过对比验证来提高熔接质量，此外，全光纤四分之一波片输出光的消光比最低的物理特征即可表征两端光纤主轴45°对准且输出光为圆偏振光，也可表征输出光为非偏振光即器件完全制作失败，即还可通过偏振度的对比验证来解决仅凭偏振消光比一项参数无法真正证明波片制作效果的弊端。3)在熔接保偏光纤熔接点时，放弃了目前通常采用的熔接机自动熔接好后再用偏振分析设备检测的被动检测方式(该方式的弊端在于检测效果不理想时需要切断光纤熔接点并重新熔接)，而在对本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种全光纤四分之一波片制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：搭建偏振光光源装置，生成线偏振光，作为制作波片时用于监测的信号光；步骤二：将偏振光光源装置与全光纤波片输入端光纤一端熔接；步骤三：全光纤波片输入端光纤另一端与波片光纤一端进行４５°熔接；步骤四：截取波片光纤四分之一拍长长度；步骤五：测试截取后波片光纤输出的光信号；步骤六：熔接全光纤波片输出端光纤与波片光纤另一端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李建中，李泽仁，温伟峰，张登洪，王荣波，周维军，田建华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：51