CN108106817B - 一种提高y波导器件偏振性能测量准确性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法。首先将待测Y波导的输入保偏尾纤与起偏器保偏尾纤连接点、Y波导的输出保偏尾纤与检偏器保偏尾纤连接点的对轴角度同时设定为0°，得到第一次的偏振参数测量结果；然后将上述两个连接点的对轴角度同时调节为90°，得到第二次的测量结果；最后计算两次测量结果的平均值，作为最终测量值。本发明中的测量方法无需更改测量光路结构，具有简单有效、易于实现等特点，有助于消除待测光路中起偏器/检偏器自身结构及性能缺陷引入的测量误差，从而进一步提升测量准确性。该方法可广泛用于Y波导器件芯片消光比等参数的高精度测量。

Description

一种提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法

技术领域

本发明涉及的是一种偏振光学器件测量方法，具体地说是一种在Y波导器件偏振性能测量过程中，消除待测光路中起偏器/检偏器自身角度偏差引入的测量误差，进一步提高测量准确性的方法。

背景技术

多功能集成光学芯片(俗称Y波导)，通常采用钛扩散或高温质子交换制作工艺，在铌酸锂基底上生长出Y形光学波导。Y波导高度集成了单模光波导、光学分束器，电光相位调制器和光学起偏器的功能于一体，由于其功能的集成化和体积的小型化，逐渐成为干涉式光纤陀螺和光纤电流互感器等高精度光纤传感系统的核心器件。Y波导的光学偏振特性主要取决于芯片消光比、以及尾纤与波导连接点的偏振串音，其中前者尤为重要。准确的芯片消光比测量对于Y波导偏振性能评价及其实际应用具有重要意义：一方面，芯片消光比能够真实表明Y波导的工作性能，可用于对波导的制作工艺进行综合评估和优化改进；另一方面，Y波导的芯片消光比直接影响干涉式光纤陀螺的测量精度，并且一个微小的消光比测量误差就会对光纤陀螺整机系统的零偏稳定性和随机游走等参数造成严重影响。

基于白光干涉原理的测量方法是一种用于测量保偏光纤偏振模式耦合及Y波导芯片消光比的理想方案，通过扫描式的马赫-泽德干涉仪进行光程补偿，可以实现分布式测量。从测量得到的白光干涉信号中，能够准确获取与保偏光纤实际发生偏振耦合位置相对应的特征干涉峰，并且干涉峰的峰值表示对应耦合点的耦合能量。早在20世纪90年代，法国Herve Lefevre等人就首次公开了基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量(OCDP)系统(US 4893931)，该系统采用超辐射发光二极管(SLD)和空间干涉光路进行组合构成测量装置。此后，白光干涉系统逐渐在光纤传感与测量领域得到广泛应用。2011年，天津大学的张红霞等人公开了光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置(CN 201110052231.3)，同样采用空间干涉光路作为OCDP系统的核心，并且通过检测耦合点的耦合强度推导出偏振消光比，该方法可用于保偏光纤、保偏光纤耦合器等多种光学偏振器件的测量。此后，研究人员采用白光干涉测量系统实现了Y波导器件芯片消光比的测量。2013年，申请人公开了一种多功能铌酸锂集成器件的光学性能测量方法(CN201310739315.3)，该方法采用全光纤测试光路，通过延长Y波导的输入、输出保偏尾纤长度，并对注入到波导中的输入、输出检测光的预置角度进行设定，从而将消光比特征干涉峰移出光源纹波范围。该方法能够有效避免干扰峰影响，使得芯片消光比的测量结果更加容易获取。

上述研究结果表明，通过采用基于白光干涉原理的全光纤测试光路，已经能够实现Y波导芯片消光比的测量，但对于测量过程中的测量误差还缺乏全面的分析和抑制，因而无法保证测量结果的准确性。2017年，申请人对Y波导待测光纤光路中的误差来源进行了全面分析(Measurement error analysis for polarization extinction ratio ofmultifunctional integrated opticchips)，结果表明，Y波导自身输入、输出尾纤与起偏器、检偏器尾纤连接点的对轴角度偏差会对测量结果产生影响，但在正常熔接条件(熔接角度偏差小于2°)下引入的芯片消光比测量误差不超过0.02dB，因此基本可以忽略不计。此外，保偏尾纤和波导芯片的双折射色散效应的影响最为严重，但可以通过软件色散补偿算法予以消除。然而，光学器件自身结构和性能缺陷，如待测光路中的起偏器/检偏器的自身起偏角度通常会偏离标准的45°，这一角度偏差直接导致芯片消光比的测量误差。实验结果表明，仅2°的角度偏差就会带来0.6dB的测量误差，所以该影响是不可忽略的，并且目前还没有消除该测量误差的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够消除待测光路中起偏器/检偏器自身角度偏差引入的测量误差，实现Y波导偏振性能的高精度测量的提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法。

本发明的目的是这样实现的：第一部分：分别设定待测Y波导的输入保偏尾纤与起偏器保偏尾纤连接点、Y波导的输出保偏尾纤与检偏器保偏尾纤连接点的对轴角度同时为0°和同时为90°，使得传输在Y波导输入/输出保偏尾纤和芯片的两个正交偏振轴中的光信号实现能量交换，根据前后两次测量所得白光干涉信号，获取Y波导器件芯片消光比；第二部分：计算两次测量结果的平均值作为最终测量值。

本发明还可以包括：

1、所述第一部分的具体步骤为：

(1)测量随机选取的45°起偏器Ⅰ201的保偏尾纤Ⅰ202长度，记为l_p，并计算保偏尾纤Ⅰ对应的光程，记为S_p＝l_p×Δn_b；

(2)测量随机选取的45°检偏器Ⅱ209的保偏尾纤Ⅱ208长度，记为l_a，并计算保偏尾纤Ⅱ对应的光程，记为S_a＝l_a×Δn_b；Δn_b为保偏尾纤Ⅰ和Ⅱ的线性双折射；

(3)测量并记录待测Y波导器件的输入尾纤204长度l_Y-i、输出尾纤206长度l_Y-o、以及芯片205长度l_Y；

(4)计算出Y波导器件的输入尾纤204、输出尾纤206、以及芯片205所对应的光程，并分别记为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b、S_Y＝l_Y×Δn_Y，Δn_Y为Y波导芯片的线性双折射；

(5)将45°起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点203、45°检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点207的对轴角度θ₁-θ₂设定为0°-0°，并进行熔接；

(6)将熔接后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，获得第一次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(7)从获得的干涉信号中提取出Y波导芯片消光比测量信息；如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(8)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o-S_Y|处；

(9)获取第一次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₁；

(10)将步骤(5)所述的两个光纤连接点的对轴角度θ₁-θ₂调节为90°-90°，并进行熔接；

(11)将熔接后的Y波导待测光路再次接入白光干涉仪系统，获得第二次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(12)如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(13)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o+S_Y|处；

(14)获取第二次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₂。

2、所述第一部分的具体步骤为：

(1)测量随机选取的45°起偏器Ⅰ201的保偏尾纤Ⅰ202长度，记为l_p，并计算保偏尾纤Ⅰ对应的光程，记为S_p＝l_p×Δn_b；

(2)测量随机选取的45°检偏器Ⅱ209的保偏尾纤Ⅱ208长度，记为l_a，并计算保偏尾纤Ⅱ对应的光程，记为S_a＝l_a×Δn_b；Δn_b为保偏尾纤Ⅰ和Ⅱ的线性双折射；

(3)测量并记录待测Y波导器件的输入尾纤204长度l_Y-i、输出尾纤206长度l_Y-o、以及芯片205长度l_Y；

(4)计算出Y波导器件的输入尾纤204、输出尾纤206、以及芯片205所对应的光程，并分别记为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b、S_Y＝l_Y×Δn_Y，Δn_Y为Y波导芯片的线性双折射；

(5)将45°起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点203、45°检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点207的对轴角度θ₁-θ₂设定为90°-90°，并进行熔接；

(6)将熔接后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，获得第一次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(7)从获得的干涉信号中提取出Y波导芯片消光比测量信息；如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(8)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(9)获取第一次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₁；

(10)将步骤(5)所述的两个光纤连接点的对轴角度θ₁-θ₂调节为0°-0°，并进行熔接；

(11)将熔接后的Y波导待测光路再次接入白光干涉仪系统，获得第二次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(12)如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(13)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(14)获取第二次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₂。

3、所述第二部分的具体方法为：

(15)计算两次测量结果的平均值(I₁+I₂)/2，作为Y波导芯片消光比的最终测量值。

4、所述的45°起偏器Ⅰ201的保偏尾纤Ⅰ202与45°检偏器Ⅱ209的保偏尾纤Ⅱ(208)长度满足l_p≠l_a，并且l_p+l_Y-i≠l_a+l_Y-o。

本发明提供了一种在Y波导偏振性能测量中，消除待测光路中起偏器/检偏器自身角度偏差引入的测量误差的方法，实现Y波导偏振性能的高精度测量。

本发明的特征是首先设定待测Y波导输入尾纤与起偏器尾纤连接点、Y波导输出尾纤与检偏器尾纤连接点的对轴角度同时为0°，实现起偏器/检偏器尾纤的快轴(慢轴)对准Y波导尾纤的快轴(慢轴)，接入测量系统获得第一次的偏振参数测量结果；再设定上述两个连接点的对轴角度同时为90°，实现起偏器/检偏器尾纤的快轴(慢轴)对准Y波导尾纤的慢轴(快轴)，获得第二次的测量结果；通过计算两次测量结果的平均值即可消除测量误差。本发明中的测量方法无需更改测量光路结构，具有简单有效、易于实现等特点，可广泛用于Y波导器件芯片消光比、Y波导尾纤连接点偏振串音等参数的高精度测量。

与现有技术相比，本发明的优点主要表现在：

(1)通过简单的改变待测光路中两个光纤连接点的对轴角度分别为0°和90°，并计算两次测量结果的平均值就能够有效的消除测量误差，该方法操作简单，易于实现，具有很强的实用性。

(2)只需要改变Y波导待测光路中起偏器尾纤与Y波导输入尾纤、检偏器尾纤与Y波导输出尾纤间两个连接点的对轴角度即可，不会破坏测量系统中的其他部分，因而有助于保证测试光路结构的完整性、以及测试系统的测量稳定性。

(3)该方法无需测量所选用的起偏器/检偏器自身角度偏离的具体数值，就可以实现测量误差的消除，并且对任意的偏离角度都适用，从而极大地简化了Y波导器件偏振性能的高精度测量过程。

附图说明

图1是消除起偏器/检偏器自身角度偏差引入的Y波导芯片消光比测量误差的流程图；

图2是基于白光干涉原理的Y波导器件偏振性能测量装置图；

图3是待测Y波导输入尾纤与起偏器尾纤连接点、Y波导输出尾纤与检偏器尾纤连接点的对轴角度同时为0°时的示意图；

图4是待测Y波导输入尾纤与起偏器尾纤连接点、Y波导输出尾纤与检偏器尾纤连接点的对轴角度同时为90°时的示意图；

图5是两个光纤连接点的对轴角度同时为0°时测量得到的白光干涉信号；

图6是两个光纤连接点的对轴角度同时为90°时测量得到的白光干涉信号。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

本发明提出了一种在Y波导器件偏振性能测量中，消除待测光路中起偏器/检偏器自身角度偏差引入的测量误差，进一步提高测量准确性的方法。分别设定待测Y波导的输入保偏尾纤与起偏器保偏尾纤连接点、Y波导的输出保偏尾纤与检偏器保偏尾纤连接点的对轴角度同时为0°和同时为90°，使得传输在Y波导输入/输出保偏尾纤和芯片的两个正交偏振轴中的光信号实现能量交换。根据前后两次测量所得白光干涉信号，分别获取如Y波导器件芯片消光比、Y波导尾纤连接点偏振串音等参数的测量信息，计算两次测量结果的平均值作为最终测量值。

具体实施方式一，是一种测量Y波导器件芯片消光比的方法，具体步骤为：

(1)测量随机选取的45°起偏器201的保偏尾纤202长度，记为l_p，并计算光纤对应的光程，记为S_p＝l_p×Δn_b(Δn_b为保偏尾纤的线性双折射)；

(2)测量随机选取的45°检偏器209的保偏尾纤208长度，记为l_a，并计算光纤对应的光程，记为S_a＝l_a×Δn_b；

(3)测量并记录待测Y波导器件的输入尾纤204长度l_Y-i、输出尾纤206长度l_Y-o、以及芯片205长度l_Y；

(4)计算出Y波导器件的输入尾纤204、输出尾纤206、以及芯片205所对应的光程，并分别记为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b、S_Y＝l_Y×Δn_Y(Δn_Y为Y波导芯片的线性双折射)；

(5)将45°起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点203、45°检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点207的对轴角度θ₁-θ₂设定为0°-0°，并进行熔接；

(6)将熔接后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，获得第一次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程(单位μm)，纵坐标为归一化偏振串音强度I(单位dB)；

(7)从获得的干涉信号中提取出Y波导芯片消光比测量信息，首先需要明确待测Y波导的工作方式，如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为快轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(8)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为慢轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o-S_Y|处；

(9)获取第一次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₁；

(10)将步骤(5)所述的两个光纤连接点的对轴角度θ₁-θ₂调节为90°-90°，并进行熔接；

(11)将熔接后的Y波导待测光路再次接入白光干涉仪系统，，获得第二次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程(单位μm)，纵坐标为归一化偏振串音强度I(单位dB)；

(12)如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为快轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(13)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为慢轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o+S_Y|处；

(14)获取第二次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₂；

(15)计算两次测量结果的平均值(I₁+I₂)/2，作为Y波导芯片消光比的最终测量值。

具体实施方式二，是一种测量Y波导器件芯片消光比的方法，具体步骤为：

(1)测量随机选取的45°起偏器201的保偏尾纤202长度，记为l_p，并计算光纤对应的光程，记为S_p＝l_p×Δn_b(Δn_b为保偏尾纤的线性双折射)；

(2)测量随机选取的45°检偏器209的保偏尾纤208长度，记为l_a，并计算光纤对应的光程，记为S_a＝l_a×Δn_b；

(3)测量并记录待测Y波导器件的输入尾纤204长度l_Y-i、输出尾纤206长度l_Y-o、以及芯片205长度l_Y；

(4)计算出Y波导器件的输入尾纤204、输出尾纤206、以及芯片205所对应的光程，并分别记为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b、S_Y＝l_Y×Δn_Y(Δn_Y为Y波导芯片的线性双折射)；

(5)将45°起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点203、45°检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点207的对轴角度θ₁-θ₂设定为90°-90°，并进行熔接；

(6)将熔接后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，获得第一次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程(单位μm)，纵坐标为归一化偏振串音强度I(单位dB)；

(7)从获得的干涉信号中提取出Y波导芯片消光比测量信息，首先需要明确待测Y波导的工作方式，如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为快轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(8)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为慢轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o+S_Y|处；

(9)获取第一次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₁；

(10)将步骤(5)所述的两个光纤连接点的对轴角度θ₁-θ₂调节为0°-0°，并进行熔接；

(11)将熔接后的Y波导待测光路再次接入白光干涉仪系统，，获得第二次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程(单位μm)，纵坐标为归一化偏振串音强度I(单位dB)；

(12)如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为快轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(13)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准(即波导为慢轴工作)，通过计算光程差，可以将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o-S_Y|处；

(14)获取第二次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₂；

(15)计算两次测量结果的平均值(I₁+I₂)/2，作为Y波导芯片消光比的最终测量值。

具体实施方式三，是上述第一或第二种实施方式的基础上，所述的45°起偏器、45°检偏器的保偏尾纤202、208长度要尽量满足l_p≠l_a，并且要求l_p+l_Y-i≠l_a+l_Y-o，以便对测量干涉信号中各个特征干涉峰的含义及位置进行准确判断和识别。

基于白光干涉原理的Y波导器件偏振性能测量装置如附图2所示。由光源模块1发出的宽谱光源，经过待测Y波导光纤光路模块2后，带有Y波导偏振特性的光信号进入扫描式马赫-泽德干涉仪模块3中，干涉信号最终到达信号探测和数据处理模块4，从而获得Y波导偏振参数的测量信息。测量装置的具体功能为：

宽谱光源(SLD)101发出的宽谱光经过隔离器102后，被45°起偏器201变为高稳定的线偏振光，并使得两个正交偏振方向上均有光信号传输。45°起偏器的尾纤202与Y波导的输入尾纤204之间通过保偏熔接机形成熔接点203，并将光信号注入到待测Y波导芯片205中。Y波导的输出尾纤206与45°检偏器209的尾纤208之间通过保偏熔接机形成熔接点207，波导芯片与自身输入/输出尾纤间的连接点分别为210和211。45°检偏器209将两个正交偏振方向上传输的光信号映射到同一偏振方向后输出。从检偏器输出的光信号被1×2光纤耦合器301均分为能量相同的两部分，一部分光通过偏振态控制器302并作为马赫-泽德干涉仪参考臂上传输的参考光，另一部分光通过由自聚焦透镜303、304和移动反射镜305组成的扫描延迟线，作为马赫-泽德干涉仪扫描臂上传输的测量光。参考光与测量光在2×2光纤耦合器306中合并发生干涉，干涉信号被探测器401、402差分探测接收，随后经过数据处理单元403进行数据采集、传输和处理，并将测量结果显示在计算机404中。

如附图3所示，当45°起偏器的尾纤202与Y波导的输入尾纤204之间熔接点203的对轴角度、Y波导的输出尾纤206与45°检偏器的尾纤208之间熔接点207的对轴角度同时设定为0°时，且假定所用的45°起偏器、45°检偏器自身角度偏差分别为α和β，基于文中所述的测量装置并结合白光干涉原理，可以推导出该对轴角度条件下Y波导芯片消光比的理论表达式为：

其中，ε_Y表示Y波导芯片的幅度消光因子，PER_0°-0°表示当两个连接点的对轴角度同时设定为0°时Y波导芯片消光比实际测量结果，PER_real＝-10log(ε_Y)²表示当起偏器和检偏器不存在角度偏差的情况下Y波导芯片消光比的真实值。此时，由起偏器/检偏器自身角度偏差所引入的测量误差Δ_0°-0°可表示为：

Δ_0°-0°＝10log[tan(45°+α)tan(45°+β)]² (2)

同理，如附图4所示，当上述两个连接点的对轴角度同时设定为90°时，Y波导芯片消光比的理论表达式变为：

其中，PER_90°-90°表示当两个连接点的对轴角度同时设定为90°时Y波导芯片消光比实际测量结果。此时，由起偏器/检偏器自身角度偏差所引入的测量误差Δ_90°-90°可表示为：

Δ_90°-90°＝-10log[tan(45°+α)tan(45°+β)]² (4)

通过对比公式(2)和(4)容易发现，两个光纤连接点在0°和90°两种对轴角度下的测量误差恰好是一对相反数，因此，通过计算两次测量结果的平均值AVR即可将误差抵消，如下式表示为：

为了清楚的说明本发明中所提出的消除起偏器/检偏器自身角度偏差引入的Y波导偏振性能测量误差的方法，以Y波导芯片消光比的测量过程为代表，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。

1、基于白光干涉原理的Y波导器件偏振性能测量装置如附图2所示，器件参数的选择如下：

(1)宽带光源101的中心波长1550nm，半谱宽度大于40nm，出纤功率大于5mW，光源光谱纹波相干峰幅值约为-60dB，纹波相干峰的光程范围约4～7mm；

(2)光纤隔离器102的工作波长1550nm，插入损耗小于1dB；

(3)光纤起偏器201、光纤检偏器209的工作波长为1550nm，自身角度偏差小于5°，消光比小于1.5dB，插入损耗小于3dB；

(4)单模光纤耦合器301、306的工作波长为1550nm，分光比为50：50，插入损耗小于0.6dB；

(5)偏振态控制器302为可夹持型，采用光纤挤压技术来控制传输光的偏振状态。工作波长范围为1260-1650nm，插入损耗小于0.05dB，回波损耗大于65dB；

(6)准直透镜303、304的工作波长为1550nm，它与可移动光学反射镜305(反射率大于92％)之间的最大距离为20cm，平均插入损耗约为2.0dB；

(7)光电探测器401、402所用的光敏材料为InGaAs，探测波长范围为1200～1700nm，光电转换的响应度大于0.8。

2、待测Y波导器件的具体参数如下：

待测Y波导自身输入/输出尾纤的快轴均与波导芯片的通光轴对准，也就是说在Y波导内部，快轴作为光传输轴，慢轴作为光截止轴。Y波导的工作波长为1550nm，波导芯片205的长度约为20mm，输入尾纤204的长度约为1.5m，输出尾纤206的长度约为1m。

3、综合上述的器件参数，消除起偏器/检偏器自身角度偏差引入的Y波导芯片消光比测量误差的具体流程如附图1所示：

根据步骤501，测量随机选取的45°起偏器尾纤202的长度为l_p＝19.3m，并计算得到光纤长度所对应的光程为S_p＝l_p×Δn_b＝9650um，其中Δn_b按5×10^-4计；

步骤502，测量随机选取的45°检偏器尾纤208的长度为l_a＝16.5m，并计算得到光纤长度所对应的光程为S_a＝l_a×Δn_b＝8250um，其中Δn_b按5×10^-4计；

步骤503，测量并记录待测Y波导的输入尾纤204长度l_Y-i＝1.5m，输出尾纤206长度l_Y-o＝1m，芯片205长度l_Y＝20mm；

步骤504，分别计算出Y波导输入尾纤204、输出尾纤206、以及波导芯片205所对应的光程分别为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b＝750um、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b＝500um、S_Y＝l_Y×Δn_Y＝1600um，其中Δn_b按5×10^-4计，Δn_Y按8×10^-2计；

步骤505，通过保偏熔接机进行熔接角度设定，将起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点203、检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点207的对轴角度同时设定为0°；

步骤506，将连接好的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，启动测量装置并获得第一次干涉信号，如附图5所示；

步骤507，由于待测Y波导器件为快轴工作，所以步骤508，可以定位Y波导芯片消光比特征干涉峰出现的位置为|S_p+S_Y-i+S_a+S_Y-o+S_Y|＝(9650+750+8250+500+1600)um＝20750um；

步骤510，可以确定附图5所示测量结果中的峰A表示待测Y波导芯片消光比特征干涉峰，同时获取该测量条件下的芯片消光比测量值I₁为51.1dB；

步骤511，通过保偏熔接机进行熔接角度设定，将起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点203、检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点207的对轴角度同时设定为90°；

步骤512，将熔接角度改变后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，启动装置并获得第二次干涉信号，如附图6所示；

步骤513，待测Y波导器件仍然为快轴工作，但是由于连接点熔接角度的改变使得光在待测光路中的传输路径发生变化，因此，需要重新预估芯片消光比特征干涉峰出现的位置。根据步骤514，可以定位Y波导芯片消光比特征干涉峰出现的位置为|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|＝(9650+8250-750-500-1600)um＝15050um；

步骤516，可以确定附图6所示测量结果中的峰B表示待测Y波导芯片消光比特征干涉峰，同时获取该测量条件下的芯片消光比测量值I₂为49.8dB；

步骤517，计算两次测量所得Y波导芯片消光比的平均值，即(I₁+I₂)/2＝(51.1+49.8)/2＝50.45dB，作为最终测量值。在前期的实验中，已经通过使用两个角度精确调节(角度偏差<0.2°)的起偏器对该Y波导的芯片消光比进行测量，并得到其真实值约为50.53dB，与本发明所提出方法的测量结果相差不到0.1dB，进一步验证了该方法的正确性和有效性。

Claims (3)

1.一种提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法，其特征是，第一部分：分别设定待测Y波导的输入保偏尾纤与起偏器保偏尾纤连接点、Y波导的输出保偏尾纤与检偏器保偏尾纤连接点的对轴角度同时为0°和同时为90°，使得传输在Y波导输入/输出保偏尾纤和芯片的两个正交偏振轴中的光信号实现能量交换，根据前后两次测量所得白光干涉信号，获取Y波导器件芯片消光比；第二部分：计算两次测量结果的平均值作为最终测量值；

所述的第一部分为下列两种具体方法中的一种，

第一种具体包括：

(1)测量随机选取的45°起偏器Ⅰ(201)的保偏尾纤Ⅰ(202)长度，记为l_p，并计算保偏尾纤Ⅰ对应的光程，记为S_p＝l_p×Δn_b；

(2)测量随机选取的45°检偏器Ⅱ(209)的保偏尾纤Ⅱ(208)长度，记为l_a，并计算保偏尾纤Ⅱ对应的光程，记为S_a＝l_a×Δn_b；Δn_b为保偏尾纤Ⅰ和Ⅱ的线性双折射；

(3)测量并记录待测Y波导器件的输入尾纤(204)长度l_Y-i、输出尾纤(206)长度l_Y-o、以及芯片(205)长度l_Y；

(4)计算出Y波导器件的输入尾纤(204)、输出尾纤(206)、以及芯片(205)所对应的光程，并分别记为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b、S_Y＝l_Y×Δn_Y，Δn_Y为Y波导芯片的线性双折射；

(5)将45°起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点(203)、45°检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点(207)的对轴角度θ₁-θ₂设定为0°-0°，并进行熔接；

(6)将熔接后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，获得第一次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(7)从获得的干涉信号中提取出Y波导芯片消光比测量信息；如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(8)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o-S_Y|处；

(9)获取第一次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₁；

(10)将步骤(5)所述的两个光纤连接点的对轴角度θ₁-θ₂调节为90°-90°，并进行熔接；

(11)将熔接后的Y波导待测光路再次接入白光干涉仪系统，获得第二次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(12)如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(13)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o+S_Y|处；

(14)获取第二次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₂；

第二种具体包括：

(1)测量随机选取的45°起偏器Ⅰ(201)的保偏尾纤Ⅰ(202)长度，记为l_p，并计算保偏尾纤Ⅰ对应的光程，记为S_p＝l_p×Δn_b；

(2)测量随机选取的45°检偏器Ⅱ(209)的保偏尾纤Ⅱ(208)长度，记为l_a，并计算保偏尾纤Ⅱ对应的光程，记为S_a＝l_a×Δn_b；Δn_b为保偏尾纤Ⅰ和Ⅱ的线性双折射；

(3)测量并记录待测Y波导器件的输入尾纤(204)长度l_Y-i、输出尾纤(206)长度l_Y-o、以及芯片(205)长度l_Y；

(4)计算出Y波导器件的输入尾纤(204)、输出尾纤(206)、以及芯片(205)所对应的光程，并分别记为S_Y-i＝l_Y-i×Δn_b、S_Y-o＝l_Y-o×Δn_b、S_Y＝l_Y×Δn_Y，Δn_Y为Y波导芯片的线性双折射；

(5)将45°起偏器尾纤与Y波导输入尾纤连接点(203)、45°检偏器尾纤与Y波导输出尾纤连接点(207)的对轴角度θ₁-θ₂设定为90°-90°，并进行熔接；

(6)将熔接后的Y波导待测光路接入白光干涉仪系统，获得第一次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(7)从获得的干涉信号中提取出Y波导芯片消光比测量信息；如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o-S_Y|处；

(8)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a-S_Y-i-S_Y-o+S_Y|处；

(9)获取第一次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₁；

(10)将步骤(5)所述的两个光纤连接点的对轴角度θ₁-θ₂调节为0°-0°，并进行熔接；

(11)将熔接后的Y波导待测光路再次接入白光干涉仪系统，获得第二次测量的干涉信号，其横坐标为扫描光程、单位μm，纵坐标为归一化偏振串音强度I、单位dB；

(12)如果Y波导尾纤的快轴与波导芯片的通光轴对准即波导为快轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o+S_Y|处；

(13)如果Y波导尾纤的慢轴与波导芯片的通光轴对准即波导为慢轴工作，通过计算光程差，将芯片消光比特征干涉峰出现的位置定位到|S_p+S_a+S_Y-i+S_Y-o-S_Y|处；

(14)获取第二次测量所得的Y波导芯片消光比数值，记为I₂。

2.根据权利要求1所述的提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法，其特征是第二部分具体包括：

(15)计算两次测量结果的平均值(I₁+I₂)/2，作为Y波导芯片消光比的最终测量值。

3.根据权利要求1或2所述的提高Y波导器件偏振性能测量准确性的方法，其特征是：所述的45°起偏器Ⅰ(201)的保偏尾纤Ⅰ(202)与45°检偏器Ⅱ(209)的保偏尾纤Ⅱ(208)长度满足l_p≠l_a，并且l_p+l_Y-i≠l_a+l_Y-o。