CN105823624B - 一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤测量技术领域，具体涉及到一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法。本发明包括宽谱光源与功率监测装置510、第一光纤连接器521、第二光纤连接器522、高精度标定装置530、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装置550。使用特定长度和对准角度的保偏光纤搭建标定装置，可对测量峰的位置和幅度进行精确定位；利用多个串扰点的二阶干涉峰，可对较低峰值进行精确定位。利用不同的标定梯度，提高标定精度和准确性。

Description

一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定 方法

技术领域

本发明属于光纤测量技术领域，具体涉及到一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法。

背景技术

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，目前光学器件性能测试与评价方法和装置落后的现状，严重阻碍了高精度光学测量与传感系统的发展。例如：高精度光纤陀螺的核心器件——铌酸锂集成波导调制器(俗称Y波导)的芯片消光比已经达到80dB以上；而常用的偏振性能检测仪器——消光比测试仪，通常的检测分辨率在50dB左右(按照能量定义，即为10⁵)，分辨率最高的为美国dBm Optics公司研制Model 4810型偏振消光比，测量仪测量极限也仅有72dB。

光学相干域偏振测量技术(OCDP)是一种高精度分布式偏振耦合测量技术，它基于宽谱光干涉原理，通过扫描式光学干涉仪进行光程补偿，实现不同偏振模式间的干涉，可对偏振串扰的空间位置、偏振耦合信号强度进行高精度的测量与分析，进而获得光学偏振器件的消光比、拍长等重要参数。OCDP技术作为一种非常有前途的分布式光学偏振性能的检测方法，被广泛用于保偏光纤制造、保偏光纤精确对轴、器件消光比测试等领域。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-80～-100dB)、超大动态范围(10⁸～10¹⁰)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。由于它最为直接和真实地描述了信号光在光纤光路中的传输行为，所以特别适合于对光纤器件、组件，以及光纤陀螺等高精度、超高精度干涉型光纤传感光路进行测试和评估。

20世纪90年代初，法国Herve Lefevre等人[Method for the detection ofpolarization couplings in a birefringent optical system and application ofthis method to the assembling of the components of an optical system,USPatent 4863631]首次公开了基于白光干涉原理的OCDP系统，它采用超辐射发光二极管(SLD)作为光源和空间干涉光路作为光程相关测量结构。法国Photonetics公司根据此专利研制了WIN-P 125和WIN-P 400两种型号OCDP测试系统，主要用于较短(500m)和较长(1600m)保偏光纤的偏振特性分析。其主要性能为偏振串扰灵敏度为-70dB、动态范围为70dB，后经过改进，灵敏度和动态范围分别提升到-80dB和80dB。

2011年，天津大学张红霞等人公开了一种光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置(中国专利申请号：201110052231.3)，同样采用空间干涉光路作为OCDP的核心装置，通过检测耦合点的耦合强度，推导出偏振消光比。该装置适用于保偏光纤、保偏光纤耦合器、偏振器等多种光学偏振器件。与Herve Lefevre等人的方案相比，技术性能和指标相近。

同年，美国通用光电公司(General Photonics Corporation)的姚晓天等人公开了一种用于保偏光纤和光学双折射材料中分布式偏振串扰测量的全光纤测量系统(US20110277552，Measuring Distributed Polarization Crosstalk in PolarizationMaintaining Fiber and Optical Birefringent Material)，利用在光程相关器之前增加光程延迟器，抑制偏振串扰测量时杂散白光干涉信号的数量和幅度。该方法可以将全光纤测量系统的偏振串扰灵敏度提高到-95dB，但动态范围保持在75dB。

2012年，本发明申请人公开了一种提高光学器件偏振串扰测量性能的装置及方法(中国专利申请号CN201210379407.0)和一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置(CN201210379406.6)，采用全光纤光程相关器结构，增加偏振分束和在线旋转连接功能，抑制拍噪声，有效提高测量灵敏度，在相关器中增加法拉第旋光器，增加光源的稳定性，提高光源功率的利用率，以上两种装置均适用于多种偏振器件的性能测试。与美国通用光电公司相比，可以将测量系统的偏振串扰灵敏度提高到-95dB的同时，使动态范围保持在优于95dB。灵敏度已经接近测量极限，主要受限于光源的相对强度噪声。在不改变光路结构、优化元件参数的强度下，测量灵敏度将无法进一步得到提升。

2013年，本发明申请人提出了一种大扫描量程光学相干域偏振测量装置(中国专利申请号CN201310736313.4)，使用多个连续式光程扩展单元级联，并使单元中的扫描光学器件成对出现，实现光程扫描扩展，抑制扫描器强度浮动对测量的影响。主要解决的问题是如何提高偏振串扰测量的准确度和稳定性，测量灵敏度性能没有改善。

2014年，本发明申请人提出了一种可抑制干涉噪声的光学相干偏振测量装置(中国专利申请号CN201410120901.4)，采用全光纤型偏振态控制器消除光学器件残余光反射，使用法拉第旋光器的光程解调装置克服干涉中的偏振衰落效应，有效抑制干涉噪声；提出带有光程扫描位置和速度校正的光学相干域偏振测量装置(中国专利申请号CN201410120591.6)，通过对光程扫描的校正，提高了偏振测量装置的空间精度和探测灵敏度。

对测试仪器进行标定是科学测量中一个不容忽视的步骤，随着测试精度的提高，更需确保测得结果的准确性和一致性。通过对保偏光纤长度、保偏光纤角度和起偏器的角度的大小选取，搭建高精度标定装置，对光学相干偏振测量装置具有重要意义。

本发明提供了一种用于光学相干偏振测量的标定装置。首先，利用起偏器将偏振光束分别注入到保偏光纤的快轴和慢轴中；其次利用保偏光纤不同对准角度对应不同耦合强度的特点，并利用0°起偏器仅在某一特征轴传输光且消光比低的特性，合理布局保偏光纤长度和对准角度；最后，通过检偏器将不同轴的光束整合在同一偏振方向上，通过光程相关器实现干涉，通过对照串扰检测结果与搭建标定参数一致性，实现光学偏振器件分布式串扰测量装置的标定。本发明具有搭建简单、可根据测量仪器的不同选择不同参数、标定精确可靠等优点，可广泛用于高精度光学器件偏振性能测量仪器的标定中。

发明内容：

本发明的目的在于提供具有精度高、稳定可靠的特点，可用于高精度光学器件偏振性能测量仪的标定的用于光学相干偏振测量的标定装置。本发明的目的还在于提供一种用于光学相干偏振测量的标定装置的动态范围标定方法。

本发明的目的是在这样实现的：

一种用于光学相干偏振测量的标定装置，包括宽谱光源与功率监测装置510、第一光纤连接器521、第二光纤连接器522、高精度标定装置530、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装置550，高精度标定装置530由45°起偏器531、第一保偏光纤533、0°起偏器535、第二保偏光纤537、45°检偏器539组成；隔离器514通过光纤连接器与45°起偏器531的单模端s1相连，45°起偏器531的保偏端ps1与第一保偏光纤533相连，0°起偏器535的输入尾纤u1与输出尾纤u2分别与第一保偏光纤533、保偏光纤537相连，45°检偏器539的保偏输入尾纤ps2与第二保偏光纤537相连，测量光由45°检偏器539的输出尾纤s2输出；宽谱光源与功率监测装置510通过光纤连接器521与高精度标定装置530相连，将宽谱光束注入光程相关器540的输入口，光程相关器540的将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置550中。

所述的宽谱光源与功率监测装置510，由宽谱光源511、1×2分束器512、功率探测器513、隔离器514组成；宽谱光源511产生的宽谱光通过1×2分束器512与功率探测器513和隔离器514相连，功率探测器513用于宽谱光源511的输出功率监测。

所述光程相关器540，由2×2耦合器541、544、偏振态控制器542、环形器543、准直镜545、光程扫描器546、干涉信号探测器组成；从45°检偏器533的单模端s2出射的宽谱光与激光校正装置520出射的激光均在2×2耦合器541的作用下均匀的分离到光程相关器530固定臂和扫描臂中去；固定臂是有偏振态控制器542的一臂；扫描臂是有环形器543、准直镜545、光程扫描器546的一臂。

所述偏振串扰检测与信号记录装置550由信号处理单元551和电脑终端552构成。

一种用于光学相干偏振测量标定装置的动态范围标定方法：

1从0°起偏器535的输入尾纤u1注入光束，输出尾纤u2连接消光比测试仪，得到0°起偏器535的消光比的值PER₂；

245°检偏器539的保偏输入尾纤ps2、保偏光纤537、0°起偏器535的输出尾纤u2、0°起偏器535的输入尾纤u1、保偏光纤533、45°起偏器531的保偏输出尾纤ps1的长度分别选取为l₁、l₂、l₃、l₂、l₅和l₆；对于高精度标定装置530，各段保偏光纤的长度需满足：

3对于各光程扫描器的扫描光程范围ΔL，满足：ΔL>2l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆，并且光程扫描范围的中点选择为两干涉臂光程相等的位置，也就是最大峰值的位置；

40°起偏器535的输入尾纤u1和保偏光纤533以θ₁角可根据自已需要设定进行对准，从0°起偏器535的输出尾纤u2注入光束，保偏光纤533连接消光比测试仪，得到0°起偏器535和534点的总消光比的值PER₂₊₃，得到534点的消光比的值PER₃＝PER₂₊₃-PER₂；判断PER₃是否在合适的范围内，对消光比数值记录并焊接，进行下一步；若不是，角度对准进行调整；

5保偏光纤537和0°起偏器535的输出尾纤u2以θ₂角进行对准，从0°起偏器535的输入尾纤u1注入光束，保偏光纤537连接消光比测试仪，得到0°起偏器535和保偏光纤537的总消光比的值PER₂₊₁，得到537点的消光比的值PER₁＝PER₂₊₁—PER₂；判断PER₁是否在合适的范围内，若是，对消光比数值记录并焊接，进行下一步；若不是，角度对准进行调整；

确定三个需标定的一阶消光比值PER₁、PER₂、PER₃，位置分别处于处；

6将保偏光纤534与45°起偏器531的保偏输出尾纤ps1焊接，尾纤长度为l₆；将保偏光纤537与45°检偏器539的保偏输入尾纤ps2焊接，尾纤长度为l₁；

7得到待标定的二阶标定值PER₁₃＝PER₁+PER₃，位置处于处；对应峰的位置和幅度为：干涉主峰光程延迟量的串扰系数为1；一阶干涉峰光程延迟量为 的串扰系数分别为ρ_A、ρ_B、ε、ρ_D、ρ_C、ε；二阶干涉峰光程延迟量为的串扰系数分别为ρ_B+ρ_D、ρ_A+ρ_D、ρ_B+ρ_C、ρ_A+ρ_C；

8连接宽谱光源与功率监测装置510、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装置550；

9打开宽谱光源511，调节偏振态控制器542和光学扫描器543至干涉信号最大状态；驱动光程扫描器546，使用偏振串扰检测与信号记录装置550对光程相关器540中不同扫描距离的数据进行测量和记录；

10进行最终数据处理，找出图谱中干涉峰的位置和高度；

11利用步骤4、5中消光比测试仪测量的一阶标定值对小消光比峰的位置和幅度进行标定；

12利用步骤7中计算的二阶标定值对大消光比进行标定。

本发明的有益效果在于：

(1)使用特定长度和对准角度的保偏光纤搭建标定装置，可对测量峰的位置和幅度进行精确定位；利用多个串扰点的二阶干涉峰，可对较低峰值进行精确定位。利用不同的标定梯度，提高标定精度和准确性。

(2)使用一阶干涉峰用于小消光比(0～-40dB)的标定，使用二阶干涉峰用于大消光比(-40～-100dB)的标定，对于0～-100dB范围的消光比均可实现同时的精确标定，标定范围大。

(3)由于45°起偏器与0°起偏器、0°起偏器与45°起偏器之间可消除的二阶干涉峰，0°起偏器可削弱其他方向上的光束影响，可大幅度减少多余峰及光纤自身产生的影响。

(4)高精度标定装置主要由保偏光纤、起偏器和检偏器构成，毋须引入其他器件；需要控制的仅有两个参量：保偏光纤的长度、焊接角度。对于标定系统的搭建，具有器件简单、搭建快捷、精度高、范围大的特点。

附图说明

图1是光学器件的分布式偏振串扰单一缺陷点测量的光学原理示意图；

图2是单一偏振串扰形成的干涉信号峰与传输光衰减倍数的对应关系示意图；

图3是两保偏光纤θ角对准焊接时光束变化示意图；

图4是用于光学相干偏振测量的标定装置；

图5是用于光学相干偏振测量的标定装置中保偏光纤的长度示意图；

图6光学相干偏振测量动态范围的标定步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

本发明提供了一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围的标定方法。高精度标定装置包括起偏器、检偏器、保偏光纤，含有高精度标定功能的多个起偏器(检偏器)和多段保偏光纤特定长度和角度焊接。标定方法为：通过起偏器(检偏器)保偏尾纤及保偏光纤的长度及焊接角度的选择，分别利用一级干涉峰、二级干涉峰对小消光比(0～-40dB)、大消光比(-40～-100dB)进行精确标定。在只使用起偏器(检偏器)保偏尾纤和保偏光纤的情况下，高精度标定装置可以对0～-100dB的消光比范围进行精确标定。本发明具有标定范围大、标定精度高、器件简单、搭建简捷等优点，广泛用于保偏光纤、集成波导调制器(Y波导)等光学器件偏振性能的高精度测量与分析中。

1.高精度标定装置由45°起偏器、保偏光纤、0°起偏器、保偏光纤、45°检偏器组成。隔离器通过光纤连接器与45°起偏器的单模端相连，45°起偏器的保偏端与保偏光纤相连，0°起偏器的输入尾纤与输出尾纤分别与保偏光纤、保偏光纤相连，45°检偏器的保偏输入尾纤与保偏光纤537相连，测量光由45°检偏器的输出尾纤输出，并接入光学相干偏振测量系统中。

2.高精度标定装置中0°起偏器可由其他偏振器件代替，由焊点、0°起偏器和焊点的消光比作为一阶待标定量。通过对45°起偏器的保偏尾纤、保偏光纤、0°起偏器的输入尾纤、0°起偏器输出尾纤、保偏光纤、45°检偏器输入尾纤的长度控制及焊接角度控制获得不同的标定结构。

3.光学相干偏振测量系统，包括宽谱光源与功率监测装置、光纤连接器、高精度标定装置、光程相关器、偏振串扰检测与信号记录装置，其特征是：宽谱光源与功率监测装置通过光纤连接器与高精度标定装置相连，将宽谱光束注入光程相关器的输入口，光程相关器的将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置中。

4.宽谱光源与功率监测装置，由宽谱光源、1×2分束器、功率探测器、隔离器组成。宽谱光源产生的宽谱光通过1×2分束器与功率探测器和隔离器相连，功率探测器用于宽谱光源的输出功率监测。

5.光程相关器，由2×2耦合器、偏振态控制器、环形器、准直镜、光程扫描器、干涉信号探测器组成。从45°检偏器的输出端出射的宽谱光与激光校正装置出射的激光均在2×2耦合器的作用下均匀的分离到光程相关器固定臂和扫描臂中去。固定臂是有偏振态控制器的一臂；扫描臂是有环形器、准直镜、光程扫描器的一臂。

6.偏振串扰检测与信号记录装置由信号处理单元和电脑终端构成。

7.一种用于光学相干偏振测量动态范围的标定方法，其特征是：

(1)从0°起偏器的输入尾纤u1注入光束，输出尾纤u2连接消光比测试仪，得到0°起偏器的消光比的值PER₂；

(2)45°检偏器的保偏输入尾纤ps2、保偏光纤537、0°起偏器的输出尾纤u2、0°起偏器的输入尾纤u1、保偏光纤533、45°起偏器的保偏输出尾纤ps1的长度分别选取为l₁、l₂、l₃、l₂、l₅和l₆。对于高精度标定装置，各段保偏光纤的长度需满足：

(3)对于各光程扫描器的扫描光程范围ΔL，应满足：ΔL>2(l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆)，并且光程扫描范围的中点尽量选择为两干涉臂光程相等的位置，也就是最大峰值的位置。

(4)0°起偏器的输入尾纤u1和保偏光纤533以θ₁角(可根据自已需要设定)进行对准，从0°起偏器的输出尾纤u2注入光束，保偏光纤533连接消光比测试仪，得到0°起偏器535和534点的总消光比的值PER₂₊₃，从而可以得到534点的消光比的值PER₃＝PER₂₊₃—PER₂。判断PER₃是否在合适的范围内(一阶标定值-30dB上下)，若是，对消光比数值记录并焊接，进行下一步；若不是，角度对准进行调整。

(5)保偏光纤537和0°起偏器的输出尾纤u2以θ₂角(可根据自已需要设定)进行对准，从0°起偏器的输入尾纤u1注入光束，保偏光纤537连接消光比测试仪，得到0°起偏器和537点的总消光比的值PER₂₊₁，从而可以得到537点的消光比的值PER₁＝PER₂₊₁—PER₂。判断PER₁是否在合适的范围内(一阶标定值-30dB上下)，若是，对消光比数值记录并焊接，进行下一步；若不是，角度对准进行调整。

通过以上步骤，确定三个需标定的一阶消光比值PER₁、PER₂、PER₃，位置应分别处于 处。

(6)将保偏光纤534与45°起偏器的保偏输出尾纤ps1(尾纤长度为l₆)0焊接；将保偏光纤537与45°检偏器的保偏输入尾纤ps2(尾纤长度为l₁)0焊接；

(7)利用用(3)中测量的三个需标定的一阶消光比值PER₁、PER₂、PER₃，可得到待标定的二阶标定值PER₁₃＝PER₁+PER₃，位置处于处。对应峰的位置和幅度如表1所示：

表1.图谱干涉峰的位置与幅度关系

(8)连接宽谱光源与功率监测装置、光程相关器、偏振串扰检测与信号记录装置。

(9)打开宽谱光源，调节偏振态控制器和光学扫描器至干涉信号最大状态。驱动光程扫描器，使用偏振串扰检测与信号记录装置对光程相关器(540)中不同扫描距离的数据进行测量和记录。

(10)进行最终数据处理，找出图谱中干涉峰的位置和高度。

(11)利用(4)(5)中消光比测试仪测量的一阶标定值对小消光比(0～-40dB)峰的位置和幅度进行标定，对照表中对应的位置和幅度；

(12)利用(7)中计算的二阶标定值对大消光比(-40～-100dB)进行标定，对照表中对应的位置和幅度。通过以上步骤，完成标定。

本发明是对基于白光干涉原理的光学相干域偏振测试系统(OCDP)的标定和测量装置。ODCP的工作原理如图1所示，以保偏光纤的性能测试为例，由宽谱光源发出的高稳定宽谱偏振光301注入到一定长度的保偏光纤321的慢轴(快轴时，原理相同)。由于在偏振器件中并非所有的光都是严格按照保偏轴传输的，会存在非理想的缺陷点或者连接。信号光沿慢轴传输时，当信号光传输到缺陷点311时，慢轴中的一部分光能量就会耦合到正交的快轴中，形成耦合光束303，剩余的传输光束302依旧沿着慢轴传输。光纤存在线性双折射Δn(例如：5×10^-4)，使慢轴的折射率大于快轴折射率，当光纤的另外一端输出时(传输距离为l)，则传输在慢轴的传输光302和传输在快轴的耦合光303之间将存在一个光程差Δnl。上述光束通过焊接点或者旋转连接头312，进入光程相关器330中。在光程相关器330中，偏振分束镜332、固定反射镜334、移动反射镜338组成一个Michelson光学干涉仪。光束302和303经过偏振分束镜332后在光程相关器330分为固定臂和扫描臂中的两部分。固定臂中传输的光经过固定反射镜334的反射后到达探测器339；扫描臂中传输的光经过移动反射镜338的反射后也到达探测器339，两部分光汇聚在探测器339上形成白光干涉信号，被其接收并将光信号转换为电信号。此信号经过信号解调电路341处理后，送入测量计算机342中；测量计算机342另外还要负责控制移动反射镜338实现光程扫描。

在测量计算机342的控制下，Michelson干涉仪的移动反射镜338使干涉仪两臂的光程差从Δnl经过零，扫描至-Δnl，如图2所示：

(1)当光程差等于Δnl时，扫描臂中光204与固定臂中光201发生匹配，则产生白光干涉信号，其峰值幅度为它与缺陷点的耦合幅度因子和光源强度成正比。

(2)当光程差等于0时，扫描臂与固定臂中，光205与光201、光206与光202发生匹配，则产生白光干涉信号，其峰值幅度为I_coupling∝I₀，它与光源强度与正比。

(3)当光程差等于Δnl时，扫描臂中光207与固定臂中光202发生匹配，则产生白光干涉信号，其峰值幅度为它与缺陷点的耦合幅度因子和光源强度成正比。

对干涉信号进行处理，归一化后换算成dB值，通过对干涉峰的幅度和位置的检测，即可得到保偏光纤缺点的位置和消光比等重要信息。

对于构造标定峰的大小，可通过对保偏光纤的焊接角度进行调整。如图3。在入射保偏光纤中快轴传输的偏振光，如图3(a)；在入射保偏光纤与出射保偏光纤的对准角度为θ时，光束会向出射光纤的两特征轴上产生分量，如图3(b)；在出射保偏光纤输时，两轴的比值关系为tan²θ，如图3(c)。相当于在焊点处构造的消光比为-10log₁₀[tan²θ](dB)。通过对保偏光纤的对准角度进行调整，以获得不同的“串扰”，通过改变不同的保偏光纤对准角度得到不同的串扰峰值。

从干涉图谱上看，主峰两旁的干涉峰均是信号光与耦合光的干涉形成的，只有一次耦合光的参与，故称之为一阶干涉峰。在本专利中利用一阶干涉峰即可对小消光比(0～-40dB)进行准确的标定。对于大消光比(-40～-100dB)，直接通过角度对准时保偏光纤焊接角度精度很难满足标定的要求，这时需要在一阶干涉峰的基础上构造二阶干涉峰。二阶的干涉峰对应大消光比，其位置和高度与形成一阶干涉峰的保偏光纤的长度和对准角度相关联，毋须对保偏光纤对准角度精度作苛刻要求，即可对系统可作精确的标定。在现有对准精度的前提下，即可利用高阶干涉峰完成大消光比(-40dB～-100dB)的精确标定，实现测试系统的校准。

以图5为例，在高精度标定装置中，经过每个焊点光会存在不同特性轴的耦合，耦合的次数对应串扰的阶数。对于选择消光比较高的0°起偏器而言，可认为只允许特性轴的光通过。对于一阶干涉，即0阶光束(没有发生串扰的直通光束)与一阶串扰光束形成的干涉；对于二阶干涉，可分为两种情况：(1)0阶光束与二阶串扰光束形成的干涉；(2)一阶串扰与一阶串扰形成的干涉。

在高精度标定装置中引入0°起偏器，充分利用0°起偏器单一方向通光和极低消光比的特性，可以对经过0°起偏器其他方向的光进行有效的过滤，减小杂峰的影响，获得清晰稳定的峰值图谱。通过对0°起偏器的前后保偏尾纤施加不同焊接条件得到不同的一阶干涉峰，进而调整二阶干涉峰的组合，获得不同的高低峰值组合搭配，对0～-100dB整个标定范围的实现精确标定的目的。另外，由于各个特征轴的耦合的多样性，在同一焊点会存在多种耦合途径，导致45°起偏器与0°起偏器、0°起偏器与45°起偏器之间的部分二阶耦合存在相互抵消的情况。也就是说45°起偏器与0°起偏器、0°起偏器与45°起偏器之间只存在一阶耦合，在考虑高精度标定装置耦合情况时，所有的二阶耦合的结果均是两段相叠加的结果。如下表τ为光程相关器中两臂光束的光程延迟量，ρ为各焊点的串扰系数，ε为0°起偏器的串扰系数。对应到图谱中的各峰，不同光程延迟量与相对峰之间，有如下峰位置与幅度表的关系。

为清楚地说明本发明基于高阶串扰的OCDP白光标定装置，结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

用于光学相干偏振测量的标定装置，如图4所示。主要光电器件的选择及其参数如下：

(1)可调宽谱光源511的中心波长1550nm、半谱宽度大于45nm，出纤功率范围0～2mW，消光比大于6dB；

(2)1×2耦合器512工作波长为1550nm，消光比大于20dB，插入损耗小于0.5dB，分光比为2/98；

(3)光纤隔离器514的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB；

(4)45°起偏器531的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB，输入尾纤为单模光纤，输出为熊猫型保偏光纤；

(5)45°起偏器535的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB，输入尾纤为熊猫型保偏光纤，输出为熊猫型保偏光纤；

(6)45°检偏器539的工作波长为1550nm，消光比为30dB，插入损耗小于1dB，输入为熊猫型保偏光纤，输出尾纤为单模光纤；

(7)2×2耦合器541、544的工作波长为1550nm，插入损耗小于0.5dB；

(8)偏振态控制器542的工作波长为1550nm，插入损耗为0.5dB；

(9)三端口环形器543的工作波长为1550nm，插入损耗为0.8dB，隔离度大于50dB；

(10)自聚焦准直透镜545的工作波长为1550nm，它与可移动光学反射镜546(反射率为92％以上)之间的光程扫描距离大约在0～400mm之间变化，平均插入损耗为3.0dB；

(11)探测器513、547、548的光敏材料均为InGaAs，光探测范围为1100～1700nm，如采用New Focus公司的Nirvana^TM系列2017型平衡探测器。

(12)消光比测试仪的测量波长1260nm～1650nm，偏振消光比范围0～50dB,精度±0.3dB。

装置1：用于光学相干偏振测量的标定装置

连接宽谱光源与功率监测装置510、光程相关器540、偏振串扰检测与信号记录装置550。

保偏光纤537、0°起偏器535的输出尾纤u2、0°起偏器535的输入尾纤u1、保偏光纤533的长度分别选取为0.5m、0.3m、1.2m和0.7m。45°起偏器531的保偏输出尾纤ps1的尾纤长度选为1.4m)，45°检偏器539的保偏输入尾纤ps2的尾纤长度选为1m，

从0°起偏器535的输入尾纤u1注入光束，输出尾纤u2连接消光比测试仪，得到0°起偏器535的消光比的值PER₂；从0°起偏器535的输出尾纤u2注入光束，保偏光纤533连接消光比测试仪，0°起偏器535的输入尾纤u1和保偏光纤533以0.6°进行对准，得到0°起偏器535和534点的总消光比的值PER₂₊₃，从而可以得到534点的消光比的值PER₃＝PER₂₊₃-PER₂，调节PER₃至-40dB，然后焊接0°起偏器535的输入尾纤u1和保偏光纤533。

从0°起偏器535的输入尾纤u1注入光束，保偏光纤537和0°起偏器535的输出尾纤u2以0.2°角进行对准，保偏光纤537连接消光比测试仪，得到0°起偏器535和537点的总消光比的值PER₂₊₁，从而可以得到537点的消光比的值PER₃＝PER₂₊₁-PER，调节PER₁至-30dB，然后焊接保偏光纤537和0°起偏器535的输出尾纤u2。通过以上步骤，确定一阶需标定的三个消光比的值PER₁、PER₂、PER₃。

将保偏光纤534与45°起偏器531的保偏输出尾纤ps1(尾纤长度为1.4m)0焊接；将保偏光纤537与45°检偏器539的保偏输入尾纤(ps2)(尾纤长度为1m)0焊接；利用用(3)中测量的三个需标定的一阶消光比值PER₁、PER₂、PER₃，可得到待标定的二阶消光比值PER₁₃＝PER₁+PER₃。

打开宽谱光源511，调节偏振态控制器542和光学扫描器543至干涉信号最大状态。驱动光程扫描器546，使用偏振串扰检测与信号记录装置550对光程相关器540中不同扫描距离的数据进行测量和记录，进行数据处理，找出干涉图谱中峰的位置和高度。

对测量的峰值进行比对，对应峰位置与幅度表中对应的位置和幅度，通过以上步骤，完成标定。

Claims (5)

1.一种用于光学相干偏振测量的标定装置，包括宽谱光源与功率监测装置(510)、第一光纤连接器(521)、第二光纤连接器(522)、高精度标定装置(530)、光程相关器(540)、偏振串扰检测与信号记录装置(550)，其特征在于：高精度标定装置(530)由45°起偏器(531)、第一保偏光纤(533)、0°起偏器(535)、第二保偏光纤(537)、45°检偏器(539)组成；隔离器(514)通过光纤连接器与45°起偏器(531)的单模端(s1)相连，45°起偏器(531)的保偏端(ps1)与第一保偏光纤(533)相连，0°起偏器(535)的输入尾纤(u1)与输出尾纤(u2)分别与第一保偏光纤(533)、保偏光纤(537)相连，45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)与第二保偏光纤(537)相连，测量光由45°检偏器(539)的输出尾纤(s2)输出；宽谱光源与功率监测装置(510)通过光纤连接器(521)与高精度标定装置(530)相连，将宽谱光束注入光程相关器(540)的输入口，光程相关器(540)将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置(550)中。

2.根据权利要求1所述的一种用于光学相干偏振测量的标定装置，其特征在于：所述的宽谱光源与功率监测装置(510)，由宽谱光源(511)、1×2分束器(512)、功率探测器(513)、隔离器(514)组成；宽谱光源(511)产生的宽谱光通过1×2分束器(512)与功率探测器(513)和隔离器(514)相连，功率探测器(513)用于宽谱光源(511)的输出功率监测。

3.根据权利要求1所述的一种用于光学相干偏振测量的标定装置，其特征在于：所述光程相关器(540)，由2×2耦合器(541、544)、偏振态控制器(542)、环形器(543)、准直镜(545)、光程扫描器(546)、干涉信号探测器组成；从45°检偏器的单模端(s2)出射的宽谱光与激光校正装置(520)出射的激光均在2×2耦合器(541)的作用下均匀的分离到光程相关器(530)固定臂和扫描臂中去；固定臂是有偏振态控制器(542)的一臂；扫描臂是有环形器(543)、准直镜(545)、光程扫描器(546)的一臂。

4.根据权利要求1所述的一种用于光学相干偏振测量的标定装置，其特征在于：所述偏振串扰检测与信号记录装置(550)由信号处理单元(551)和电脑终端(552)构成。

5.一种用于光学相干偏振测量标定装置的动态范围标定方法，所述的用于光学相干偏振测量标定装置包括宽谱光源与功率监测装置(510)、第一光纤连接器(521)、第二光纤连接器(522)、高精度标定装置(530)、光程相关器(540)、偏振串扰检测与信号记录装置(550)，其特征在于：高精度标定装置(530)由45°起偏器(531)、第一保偏光纤(533)、0°起偏器(535)、第二保偏光纤(537)、45°检偏器(539)组成；隔离器(514)通过光纤连接器与45°起偏器(531)的单模端(s1)相连，45°起偏器(531)的保偏端(ps1)与第一保偏光纤(533)相连，0°起偏器(535)的输入尾纤(u1)与输出尾纤(u2)分别与第一保偏光纤(533)、第二保偏光纤(537)相连，45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)与第二保偏光纤(537)相连，测量光由45°检偏器(539)的输出尾纤(s2)输出；宽谱光源与功率监测装置(510)通过光纤连接器(521)与高精度标定装置(530)相连，将宽谱光束注入光程相关器(540)的输入口，光程相关器(540)将最终的信号传输到偏振串扰检测与信号记录装置(550)中；

其特征在于：

(1)从0°起偏器(535)的输入尾纤(u1)注入光束，输出尾纤(u2)连接消光比测试仪，得到0°起偏器(535)的消光比的值PER₂；

(2)45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)、第二保偏光纤(537)、0°起偏器(535)的输出尾纤(u2)、0°起偏器(535)的输入尾纤(u1)、第一保偏光纤(533)、45°起偏器(531)的保偏输出尾纤(ps1)的长度分别选取为l₁、l₂、l₃、l₂、l₅和l₆；对于高精度标定装置(530)，各段保偏光纤的长度需满足：

(3)对于各光程扫描器的扫描光程范围ΔL，满足：ΔL>2(l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆)，并且光程扫描范围的中点选择为两干涉臂光程相等的位置，也就是最大峰值的位置；

(4)0°起偏器(535)的输入尾纤(u1)和第一保偏光纤(533)以θ₁角进行对准，从0°起偏器(535)的输出尾纤(u2)注入光束，第一保偏光纤(533)连接消光比测试仪，得到0°起偏器(535)和第二保偏光纤输出点(534)的总消光比的值PER₂₊₃，得到第二保偏光纤输出点(534)的消光比的值PER₃＝PER₂₊₃-PER₂；判断PER₃是否在合适的范围内，对消光比数值记录并焊接，进行下一步；若不是，角度对准进行调整；

(5)第二保偏光纤(537)和0°起偏器(535)的输出尾纤(u2)以θ₂角进行对准，从0°起偏器(535)的输入尾纤(u1)注入光束，第二保偏光纤(537)连接消光比测试仪，得到0°起偏器(535)和第二保偏光纤(537)的总消光比的值PER₂₊₁，得到第二保偏光纤的消光比的值PER₁＝PER₂₊₁—PER₂；判断PER₁是否在合适的范围内，若是，对消光比数值记录并焊接，进行下一步；若不是，角度对准进行调整；

确定三个需标定的一阶消光比值PER₁、PER₂、PER₃，位置分别处于处；

(6)将第二保偏光纤输出点(534)与45°起偏器(531)的保偏输出尾纤(ps1)焊接，尾纤长度为l₆；将第二保偏光纤(537)与45°检偏器(539)的保偏输入尾纤(ps2)焊接，尾纤长度为l₁；

(7)得到待标定的二阶标定值PER₁₃＝PER₁+PER₃，位置处于处；对应峰的位置和幅度为：干涉主峰光程延迟量的串扰系数为1；一阶干涉峰光程延迟量为 的串扰系数分别为ρ_A、ρ_B、ε、ρ_D、ρ_C、ε；二阶干涉峰光程延迟量为的串扰系数分别为ρ_B+ρ_D、ρ_A+ρ_D、ρ_B+ρ_C、ρ_A+ρ_C；

(8)连接宽谱光源与功率监测装置(510)、光程相关器(540)、偏振串扰检测与信号记录装置(550)；

(9)打开宽谱光源(511)，调节偏振态控制器(542)和光学扫描器(543)至干涉信号最大状态；驱动光程扫描器(546)，使用偏振串扰检测与信号记录装置(550)对光程相关器(540)中不同扫描距离的数据进行测量和记录；

(10)进行最终数据处理，找出图谱中干涉峰的位置和高度；

(11)利用步骤(4)、(5)中消光比测试仪测量的一阶标定值对小消光比峰的位置和幅度进行标定；

(12)利用步骤(7)中计算的二阶标定值对大消光比进行标定。