CN112082651A - 一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法：将用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导和保偏光纤环先后连接成非闭合光路和闭合光路，并分别接入光学相干域偏振测量仪中进行测量，结合二阶偏振串扰效应，可以获得闭合光路中所有连接点的一阶偏振串扰、保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比等全部偏振特性信息。该方法实现了全保偏Sagnac闭合光路装配过程中偏振特性的测量，可广泛用于闭合光路中所有光学器件和连接点的分布式偏振串扰的监测和评价，对于高性能干涉型光学传感器的研制具有重要意义。

Description

一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，属于光学器件和光路组件的测量技术领域。

背景技术

光纤Sagnac干涉仪在40多年前被提出和证明，起初它只是由普通的耦合器和光纤连接而成的闭合光路，并且用于测量相对惯性空间的旋转角速度，也就是最初的光纤陀螺采用的光路结构。经过多年的研究和发展，目前Sagnac闭合光路结构普遍采用Y波导和保偏光纤环连接而成的全保偏方案，其中Y波导是一种高度集成的光学芯片，具备光学分束、合束、起偏和调制等功能，而保偏光纤环是由数百米甚至数千米的保偏光纤按一定的工艺绕制而成，用于感知外界环境变化。全保偏Sagnac闭合光路的提出，使其应用领域不局限于光纤陀螺，而在光纤水听器、光纤电流互感器和检波器等领域也得到了广泛的应用。该方案的优势是能够抑制偏振衰落效应，进一步提升各类干涉式光学传感器的测量灵敏度。该方案的问题通常表现在闭合光路中光学器件和连接点的偏振特性缺陷会引入偏振相位误差，直接影响传感器的测量精度。因此，在全保偏Sagnac闭合光路装配过程中，对其偏振特性进行全面监测是非常必要的，目的是确保闭合光路中光学器件和连接点的偏振特性满足高性能光学传感器的使用需求。

光纤陀螺是Sagnac干涉仪应用最为成熟的一类光学传感器，以光纤陀螺的装配为例，通常是先对Y波导和保偏光纤环等核心器件进行单独测试和筛选，并且测试方法已经非常成熟。例如：2008年，苏州光环科技有限公司的姚晓天等人公开了光纤陀螺用光纤环质量的测量方法及其装置(中国专利申请号：CN 200810119075.6)，从温度传导特性的角度对光纤敏感环的质量进行评价；2013年，哈尔滨工程大学的本发明人公开了一种集成波导调制器的双通道光学性能测试装置及其偏振串音识别与处理方法(中国专利申请号：CN201310744466.8)，使用白光干涉仪实现了Y波导双通道分布式偏振串扰的测试。将筛选出的合格器件熔接后直接放入光纤陀螺系统中进行测试，评估光纤陀螺整机的测试性能。例如：2017年，苏州光环科技有限公司的姚晓天公开了光纤陀螺的测试方法、装置、存储介质以及计算机设备(中国专利申请号：CN201710867702.3)，将核心器件的偏振特性测试结果带入计算模型中，获得光纤陀螺系统中由于偏振串扰引起的相位误差，以及零偏稳定性等陀螺品质参数。该方法从单个器件测试直接到系统整机测试，忽略了器件之间连接点的偏振特性。为了全面获得光路连接状态，需要在器件级测试和系统级测试之间增加光路级测试。对于敏感闭合光路的连接状态测试来说，主要分为连接损耗测试和偏振特性测试。其中，在2018年，北京航天时代光电科技有限公司的许保祥等人公开了一种光纤陀螺用光路性能测试系统(中国专利申请号：CN201810996752.6)，该测试系统可实现闭合光路中光学器件的连接损耗和光路总损耗的测试。然而，在闭合光路的偏振特性测试方面，目前仍然缺少有效的方法。

随着高精度光纤陀螺的飞速发展，众多研究人员提出了Y波导和保偏光纤环直接耦合的方案，目的是减少闭合光路中连接点的数量，降低偏振串扰引入的陀螺相位误差。例如：2013年，北京世维通科技股份有限公司的刘银等人公开了无光纤熔接点的光纤陀螺和制作该光纤陀螺的方法(中国专利申请号：CN201310410382.0)；同年，中国航空工业第六一八研究所的霍光等人公开了一种高精度光纤陀螺无熔接制作方法(中国专利申请号：CN201310676683.8)，其中提到的都是Y波导和保偏光纤环直接耦合的把持装置和粘接方法，并且只能通过成像定位校准的方式进行调节对准并点胶固定。并不是通过连接点偏振串扰信息直观的监测对准情况，容易产生较大的对准偏差。之后在2016年，哈尔滨工程大学的苑勇贵等人公开了一种光纤陀螺核心敏感光路的组装方法(中国专利申请号：CN201610265230.X)，该方法是通过测量偏振串扰来监测连接点的对轴情况，但是该方法只能测得非闭合状态下连接点的偏振串扰，而当光路处于闭合状态时无法实现测量，并且该方法只适用于光纤陀螺的组装。综上所述，目前仍然缺乏一种能够对全保偏Sagnac闭合光路中所有光学器件和连接点偏振特性进行测量的有效方法。

本发明针对上述问题，提出一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征是：将用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导和保偏光纤环先后连接成非闭合光路和闭合光路，并分别接入光学相干域偏振测量仪中进行测量，结合二阶偏振串扰效应，可以获得闭合光路中所有连接点的一阶偏振串扰、保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比等全部偏振特性信息。该方法实现了全保偏Sagnac闭合光路装配过程中偏振特性的测量，可广泛用于闭合光路中所有光学器件和连接点的分布式偏振串扰的监测和评价，对于高性能干涉型光学传感器的研制具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，用于闭合光路中所有光学器件和连接点的分布式偏振串扰的监测和评价，能够全面提升闭合光路的偏振性能。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

(1)选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导206，测量Y波导输入保偏尾纤204、Y波导第一输出保偏尾纤208、Y波导第二输出保偏尾纤217的长度分别为l₁，l₂，l₃，且要求|l₃-l₂|＞10cm，Y波导206与Y波导输入保偏尾纤204之间形成连接点B205、与Y波导第一输出保偏尾纤208之间形成连接点C207、与Y波导第二输出保偏尾纤217之间形成连接点F216；

(2)选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的保偏光纤环211，将保偏光纤环第一端口210与Y波导第一输出保偏尾纤208进行0°对轴熔接，形成连接点D209；

(3)选取一支45°起偏器201，测量45°起偏器保偏尾纤202的长度为l_p，选取一支45°检偏器215，测量45°检偏器保偏尾纤214的长度为l_a；

(4)将45°起偏器保偏尾纤202与Y波导输入保偏尾纤204进行0°对轴熔接，形成连接点A203，将45°起偏器单模尾纤218与SLD宽谱光源220连接；

(5)将45°检偏器保偏尾纤(214)与保偏光纤环第二端口(212)进行0°对轴熔接，形成连接点E(213)，将45°检偏器单模尾纤(219)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；

(6)对非闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中一次性提取出连接点A、B、C、D、E的一阶偏振串扰，保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比测量信息，基于各段保偏尾纤的长度可以计算出各个干涉信号峰出现的位置，假定光路中保偏光纤的双折射为Δn_f，Y波导芯片的双折射为Δn_Y，Y波导206的长度为l_Y，保偏光纤环211的长度为l_f，那么表示连接点A、B、C、D、E一阶偏振串扰的干涉信号峰位置分别为：S_A＝Δn_f·l_p，S_B＝Δn_f·(l_p+l₁)，S_C＝Δn_f·(l₂+l_f+l_a)，S_D＝Δn_f·(l_f+l_a)，S_E＝Δn_f·l_a，一阶偏振串扰强度分别为CT_A，CT_B，CT_C，CT_D，CT_E，表示Y波导芯片消光比的干涉信号峰位置为S_Y＝Δn_f·(l_p+l₁+l₂+l_f+l_a)+Δn_Y·l_Y，消光比强度为CT_Y，保偏光纤环211全长度的分布式偏振串扰信息出现在连接点D209和连接点E213的一阶偏振串扰干涉信号峰之间，并通过全长度的分布式偏振串扰信息计算保偏光纤环211的集总消光比为CT_coil；

(7)判断CT_B和CT_C是否优于-40dB、CT_Y是否优于50dB，若不满足则返回步骤(1)并更换Y波导206，若满足则进行下一步骤；

(8)判断保偏光纤环211全长度的分布式偏振串扰是否均优于-50dB，若不满足则返回步骤(2)并更换保偏光纤环211，若满足则进行下一步骤；

(9)判断CT_D是否优于-40dB，若不满足则返回步骤(2)并重新熔接连接点D209，若满足则进行下一步骤；

(10)断开连接点E213，去掉45°检偏器215，将保偏光纤环第二端口212与Y波导第二输出保偏尾纤217进行0°对轴熔接，形成连接点G301；

(11)选取一支1×2单模耦合器302，将1×2单模耦合器第一端口303与45°起偏器单模尾纤218连接，将1×2单模耦合器第二端口304与SLD宽谱光源220连接，将1×2单模耦合器第三端口305与光学相干域偏振测量仪221连接；

(12)对闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中分别提取出连接点D209与连接点F216之间的二阶偏振串扰、连接点D209与连接点G301之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_DF＝Δn_f·(l_f+l₃)和S_DG＝Δn_f·l_f，二阶偏振串扰强度分别为CT_DF和CT_DG，推算出连接点F216的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_DF-CT_D，连接点G301的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_DG-CT_D；

(13)判断CT_F是否优于-40dB，若不满足则返回步骤(1)并更换Y波导206，若满足则进行下一步骤；

(14)判断CT_G是否优于-40dB，若不满足则返回步骤(10)并重新熔接连接点G301，若满足则测量结束。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.步骤(2)要求l_a-l_p-l₁＞10cm。

2.光路中所用的45°起偏器201和45°检偏器215均为双端口光学器件，其一端为保偏尾纤，另一端为单模尾纤，Y波导206为三端口光学器件，其输入和输出尾纤均为保偏光纤，光路中所有保偏光纤均为普通熊猫型保偏光纤。

3.步骤(9)中的1×2单模耦合器302也可以使用三端口单模光纤环形器或2×2单模耦合器来代替。

4.步骤(10)也可以从测量图谱中分别提取出连接点C207与连接点F216之间的二阶偏振串扰、连接点C207与连接点G301之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_CF＝Δn_f·(l₂+l_f+l₃)和S_CG＝Δn_f·(l₂+l_f)，二阶偏振串扰强度分别为CT_CF和CT_CG，因此，推算出连接点F216的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_CF-CT_C，连接点G301的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_CG-CT_C。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，能够实现闭合光路中所有光学器件和连接点的分布式偏振串扰的监测和评价，与现有技术相比，本发明的优点主要表现在：

(1)对非闭合光路和闭合光路分别进行一次测量，即可获得所有光学器件和连接点的分布式偏振串扰信息，省去了光学器件的单独测试和筛选过程，测试方法简单，测试效率高；

(2)当光路处于闭合状态时，通过测量闭合光路内部连接点之间的二阶偏振串扰，并结合非闭合光路的测试结果，即可推算出所有连接点的一阶偏振串扰，有效的解决了闭合光路无法测量的问题；

(3)该方法也适用于Y波导和保偏光纤环直接耦合时连接点的偏振串扰测量，相比于传统的成像定位法来说，该方法能够更加直观的获得连接点处偏振轴对准信息且精度更高，为直接耦合技术提供了有效的监测手段。

附图说明

图1是用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量流程图；

图2是非闭合光路的分布式偏振串扰测量装置图；

图3是非闭合光路中光信号的传输路径图；

图4是闭合光路的分布式偏振串扰测量装置图；

图5是闭合光路中光信号的传输路径图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，步骤如下：

1)选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导(206)，测量Y波导输入保偏尾纤(204)、Y波导第一输出保偏尾纤(208)、Y波导第二输出保偏尾纤(217)的长度分别为l₁，l₂，l₃，且要求|l₃-l₂|＞10cm，Y波导(206)与Y波导输入保偏尾纤(204)之间形成连接点B(205)、与Y波导第一输出保偏尾纤(208)之间形成连接点C(207)、与Y波导第二输出保偏尾纤(217)之间形成连接点F(216)；

2)选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的保偏光纤环(211)，将保偏光纤环第一端口(210)与Y波导第一输出保偏尾纤(208)进行0°对轴熔接，形成连接点D(209)，此光路为全保偏Sagnac闭合光路装配过程中的第一步，称之为非闭合光路；

3)选取一支45°起偏器(201)，测量45°起偏器保偏尾纤(202)的长度为l_p。选取一支45°检偏器(215)，测量45°检偏器保偏尾纤(214)的长度为l_a，且要求l_a-l_p-l₁＞10cm；

4)将45°起偏器保偏尾纤(202)与Y波导输入保偏尾纤(204)进行0°对轴熔接，形成连接点A(203)，将45°起偏器单模尾纤(218)与SLD宽谱光源(220)连接；

5)将45°检偏器保偏尾纤(214)与保偏光纤环第二端口(212)进行0°对轴熔接，形成连接点E(213)，将45°检偏器单模尾纤(219)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；

6)对非闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中一次性提取出连接点A、B、C、D、E的一阶偏振串扰，保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比测量信息。基于各段保偏尾纤的长度可以计算出各个干涉信号峰出现的位置，假定光路中保偏光纤的双折射为Δn_f，Y波导芯片的双折射为Δn_Y，Y波导(206)的长度为l_Y，保偏光纤环(211)的长度为l_f。那么表示连接点A、B、C、D、E一阶偏振串扰的干涉信号峰位置分别为：SA＝Δn_f·l_p，S_B＝Δn_f·(l_p+l₁)，S_C＝Δn_f·(l₂+l_f+l_a)，S_D＝Δn_f·(l_f+l_a)，S_E＝Δn_f·l_a，一阶偏振串扰强度分别为CT_A，CT_B，CT_C，CT_D，CT_E。表示Y波导芯片消光比的干涉信号峰位置为S_Y＝Δn_f·(l_p+l₁+l₂+l_f+l_a)+Δn_Y·l_Y，消光比强度为CT_Y。保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰信息出现在连接点D(209)和连接点E(213)的一阶偏振串扰干涉信号峰之间，并通过全长度的分布式偏振串扰信息计算保偏光纤环(211)的集总消光比为CT_coil；

7)判断CT_B和CT_C是否优于-40dB、CT_Y是否优于50dB，若不满足则返回步骤1)并更换Y波导(206)，若满足则进行下一步骤；

8)判断保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰是否均优于-50dB，若不满足则返回步骤2)并更换保偏光纤环(211)，若满足则进行下一步骤；

9)判断CT_D是否优于-40dB，若不满足则返回步骤2)并重新熔接连接点D(209)，若满足则进行下一步骤；

10)断开连接点E(213)，去掉45°检偏器(215)，将保偏光纤环第二端口(212)与Y波导第二输出保偏尾纤(217)进行0°对轴熔接，形成连接点G(301)，此光路为全保偏Sagnac闭合光路装配过程中的第二步，称之为闭合光路；

11)选取一支1×2单模耦合器(302)，将1×2单模耦合器第一端口(303)与45°起偏器单模尾纤(218)连接，将1×2单模耦合器第二端口(304)与SLD宽谱光源(220)连接，将1×2单模耦合器第三端口(305)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；

12)对闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中分别提取出连接点D(209)与连接点F(216)之间的二阶偏振串扰、连接点D(209)与连接点G(301)之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_DF＝Δn_f·(l_f+l₃)和S_DG＝Δn_f·l_f，二阶偏振串扰强度分别为CT_DF和CT_DG。因此，推算出连接点F(216)的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_DF-CT_D，连接点G(301)的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_DG-CT_D；

13)判断CT_F是否优于-40dB，若不满足则返回步骤1)并更换Y波导(206)，若满足则进行下一步骤；

14)判断CT_G是否优于-40dB，若不满足则返回步骤10)并重新熔接连接点G(301)，若满足则测量结束。

所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征是：光路中所用的45°起偏器(201)和45°检偏器(215)均为双端口光学器件，其一端为保偏尾纤，另一端为单模尾纤。Y波导(206)为三端口光学器件，其输入和输出尾纤均为保偏光纤。光路中所有保偏光纤均为普通熊猫型保偏光纤。

所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征是：步骤9)中的1×2单模耦合器(302)也可以使用三端口单模光纤环形器或2×2单模耦合器来代替。

所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征是：步骤10)也可以从测量图谱中分别提取出连接点C(207)与连接点F(216)之间的二阶偏振串扰、连接点C(207)与连接点G(301)之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_CF＝Δn_f·(l₂+l_f+l₃)和S_CG＝Δn_f·(l₂+l_f)，二阶偏振串扰强度分别为CT_CF和CT_CG。因此，推算出连接点F(216)的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_CF-CT_C，连接点G(301)的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_CG-CT_C。

非闭合光路的分布式偏振串扰测量装置图如附图2所示，虚线框中的部分即为非闭合光路结构。在测量非闭合光路时，需要额外使用一支45°起偏器(201)和一支45°检偏器(215)，其中，45°起偏器(201)的作用是实现光信号在45°起偏器保偏尾纤(202)的正交偏振轴中以等能量线性偏振状态传输，而45°检偏器(215)将传输在45°检偏器保偏尾纤(214)的正交偏振轴中的光信号映射到相同偏振方向，便于信号之间发生干涉。SLD宽谱光源(220)通常选用高斯型的低偏振度光源，中心波长要与闭合光路中光学器件的工作波长一致，谱宽通常大于40nm，这有利于提升分布式测量的空间分辨率。光学相干域偏振测量仪(221)是哈尔滨工程大学自研仪器，其内部集成了扫描式迈克尔逊干涉仪，具有6.4m的超大空间光程扫描范围，能够测量5km以上的保偏光纤，测量空间分辨率优于10cm，偏振串扰测量灵敏度最高可达到-100dB，同时测量动态范围保持在100dB。

如附图3所示，枚举出了非闭合光路中所有一阶偏振串扰发生时的光信号传输路径。为了简化分析，认为测试中所用起偏器和检偏器的起偏角度均为理想的45°，Y波导(206)的分光比为50∶50。以连接点D(209)的一阶偏振串扰为例，假定其偏振耦合系数为ρ_D，从45°起偏器(201)输入光信号的光场幅度为E_in，那么路径1从45°检偏器(215)输出时的参考光信号的光场幅度E_ref表示为：

路径5从45°检偏器(215)输出时的一阶偏振串扰光信号的光场幅度E_cou-D表示为：

其中，

表示路径5与路径1之间的相位差，且有：

其中，S_D表示路径5与路径1之间的光程差，即表示连接点D(209)一阶偏振串扰的干涉信号峰在干涉图谱中出现的位置。

假定光学相干域偏振测量仪(221)中所用耦合器分光比为50∶50，光电探测器的响应度为R。那么，路径5与路径1之间干涉的光电流强度I_cou-D表示为：

路径1自干涉的光电流强度I_ref表示为：

因此，表示连接点D(209)一阶偏振串扰强度CT_D的归一化对数计算公式如下，此处忽略干涉信号的直流项和相位项：

同理，连接点A(203)、连接点B(205)、连接点C(207)、连接点E(213)的一阶偏振串扰强度CT_A，CT_B，CT_C，CT_E，以及Y波导(206)的芯片消光比CT_Y也可按照上述分析和计算过程得到。实际上，保偏光纤环(211)中存在无数多个能量耦合缺陷点，任意一点发生能量耦合的光信号与参考光信号发生干涉，即可测得该点的一阶偏振串扰强度，因此上述计算公式也对其适用。

闭合光路的分布式偏振串扰测量装置图如附图4所示，虚线框中的部分即为闭合光路结构。在测量闭合光路时，不需要使用45°检偏器(215)，但是需要增加1×2单模耦合器(302)。1×2单模耦合器(302)的作用一方面是将SLD宽谱光源(220)的光信号注入闭合光路中，另一方面是将闭合光路中产生的偏振串扰信号注入光学相干域偏振测量仪(221)中。在闭合光路中，光信号需要经过Y波导(206)两次，并且由于Y波导只允许快轴通光(慢轴消光)，因此，在闭合光路中只存在二阶偏振串扰信号(更高阶偏振串扰信号及其微弱可忽略不计)。

如附图5所示，枚举出了闭合光路中所有二阶偏振串扰发生时的光信号传输路径。此处只给出了经过Y波导(206)分光后光信号沿顺时针传输时的路径，光信号沿逆时针传输时的路径与其类似。以连接点D(209)和连接点G(301)之间的二阶偏振串扰为例，假定从45°起偏器(201)输入光信号的光场幅度为E_in，那么路径8再次从45°起偏器(201)输出时的参考光信号的光场幅度E′_ref表示为：

假定连接点G(301)的偏振耦合系数为ρ_G，路径9再次从45°起偏器(201)输出时的二阶偏振串扰光信号的光场幅度E′_cou-DG表示为：

其中，

表示路径9与路径8之间的相位差，且有：

路径9与路径8之间干涉的光电流强度I′_cou-DG、路径8自干涉的光电流强度I′_ref分别表示为：

因此，表示连接点D(209)和连接点G(301)之间的二阶偏振串扰强度CT_DG的归一化对数计算公式如下，此处忽略干涉信号的直流项和相位项：

此时连接点G(301)的一阶偏振串扰强度CT_G可通过下式计算：

同理，按照相同的计算步骤，假定连接点F(216)的偏振耦合系数为ρ_F，则路径10与路径8发生干涉即可测得连接点D(209)和连接点F(216)之间的二阶偏振串扰强度：CT_DF＝10·lg(ρ_D·ρ_F)²，光程差为：S_DF＝Δn_f·(l_f+l₃)。此时连接点F(216)的一阶偏振串扰强度CT_F可通过下式计算：

如附图5所示，路径11与路径8发生干涉即可测得连接点C(207)和连接点G(301)之间的二阶偏振串扰强度，路径12与路径8发生干涉即可测得连接点C(207)和连接点F(216)之间的二阶偏振串扰强度。此时，CT_G和CT_F也可分别推算得到，如下：

CT_G＝CT_CG-CT_C

CT_F＝CT_CF-CT_C

基于上述的分析和计算，通过对非闭合光路和闭合光路分别进行一次分布式偏振串扰测量，即可获得光路中所有连接点的一阶偏振串扰、保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰，以及Y波导(206)的芯片消光比等全部偏振特性信息。

为了清楚的说明本发明中所提出的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，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。结合参数、根据附图1所示的用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量流程图进行测量：

1)根据步骤101，选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导(206)，测量Y波导输入保偏尾纤(204)、Y波导第一输出保偏尾纤(208)、Y波导第二输出保偏尾纤(217)的长度分别为l₁，l₂，l₃，且要求|l₃-l₂|＞10cm，Y波导(206)与Y波导输入保偏尾纤(204)之间形成连接点B(205)、与Y波导第一输出保偏尾纤(208)之间形成连接点C(207)、与Y波导第二输出保偏尾纤(217)之间形成连接点F(216)；Y波导(206)的工作波长为1550nm，快轴通光；

2)根据步骤102，选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的保偏光纤环(211)，将保偏光纤环第一端口(210)与Y波导第一输出保偏尾纤(208)进行0°对轴熔接，形成连接点D(209)，此光路为全保偏Sagnac闭合光路装配过程中的第一步，称之为非闭合光路；保偏光纤环(211)的工作波长为1550nm，长度小于2km；

3)根据步骤103，选取一支45°起偏器(201)，测量45°起偏器保偏尾纤(202)的长度为l_p。选取一支45°检偏器(215)，测量45°检偏器保偏尾纤(214)的长度为l_a，且要求l_a-l_p-l₁＞10cm；45°起偏器(201)和45°检偏器(215)的工作波长为1550nm，偏振消光比小于0.2dB，插入损耗小于1dB；

4)根据步骤104，将45°起偏器保偏尾纤(202)与Y波导输入保偏尾纤(204)进行0°对轴熔接，形成连接点A(203)，将45°起偏器单模尾纤(218)与SLD宽谱光源(220)连接；SLD宽谱光源(220)的中心波长为1550nm、半谱宽度大于40nm，出纤功率大于6mW，偏振消光比小于0.2dB；

5)根据步骤105，将45°检偏器保偏尾纤(214)与保偏光纤环第二端口(212)进行0°对轴熔接，形成连接点E(213)，将45°检偏器单模尾纤(219)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；光学相干域偏振测量仪(221)内部集成了扫描式迈克尔逊干涉仪，具有6.4m的超大空间光程扫描范围，偏振串扰的测量灵敏度可达到-100dB，同时测量动态范围保持在100dB；

6)根据步骤106，对非闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中一次性提取出连接点A、B、C、D、E的一阶偏振串扰，保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比测量信息。基于各段保偏尾纤的长度可以计算出各个干涉信号峰出现的位置，假定光路中保偏光纤的双折射为Δn_f，Y波导芯片的双折射为Δn_Y，Y波导(206)的长度为l_Y，保偏光纤环(211)的长度为l_f。那么表示连接点A、B、C、D、E一阶偏振串扰的干涉信号峰位置分别为：S_A＝Δn_f·l_p，S_B＝Δn_f·(l_p+l₁)，S_C＝Δn_f·(l₂+l_f+l_a)，S_D＝Δn_f·(l_f+l_a)，S_E＝Δn_f·l_a，一阶偏振串扰强度分别为CT_A，CT_B，CT_C，CT_D，CT_E。表示Y波导芯片消光比的干涉信号峰位置为S_Y＝Δn_f·(l_p+l₁+l₂+l_f+l_a)+Δn_Y·l_Y，消光比强度为CT_Y。保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰信息出现在连接点D(209)和连接点E(213)的一阶偏振串扰干涉信号峰之间，并通过全长度的分布式偏振串扰信息计算保偏光纤环(211)的集总消光比为CT_coil；

7)根据步骤107，判断CT_B和CT_C是否优于-40dB、CT_Y是否优于50dB，若不满足则返回步骤101并更换Y波导(206)，若满足则进行下一步骤；

8)根据步骤108，判断保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰是否均优于-50dB，若不满足则返回步骤102并更换保偏光纤环(211)，若满足则进行下一步骤；

9)根据步骤109，判断CT_D是否优于-40dB，若不满足则返回步骤102并重新熔接连接点D(209)，若满足则进行下一步骤；

10)根据步骤110，断开连接点E(213)，去掉45°检偏器(215)，将保偏光纤环第二端口(212)与Y波导第二输出保偏尾纤(217)进行0°对轴熔接，形成连接点G(301)，此光路为全保偏Sagnac闭合光路装配过程中的第二步，称之为闭合光路；

11)根据步骤111，选取一支1×2单模耦合器(302)，将1×2单模耦合器第一端口(303)与45°起偏器单模尾纤(218)连接，将1×2单模耦合器第二端口(304)与SLD宽谱光源(220)连接，将1×2单模耦合器第三端口(305)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；1×2单模耦合器(302)的工作波长为1550nm，插入损耗小于1dB，分光比为50∶50；

12)根据步骤112，对闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中分别提取出连接点D(209)与连接点F(216)之间的二阶偏振串扰、连接点D(209)与连接点G(301)之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_DF＝Δn_f·(l_f+l₃)和S_DG＝Δn_f·l_f，二阶偏振串扰强度分别为CT_DF和CT_DG。因此，推算出连接点F(216)的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_DF-CT_D，连接点G(301)的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_DG-CT_D；

13)根据步骤113，判断CT_F是否优于-40dB，若不满足则返回步骤101并更换Y波导(206)，若满足则进行下一步骤；

14)根据步骤114，判断CT_G是否优于-40dB，若不满足则返回步骤110并重新熔接连接点G(301)，若满足则测量结束。

综上，本发明提供了一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征是：将用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导和保偏光纤环先后连接成非闭合光路和闭合光路，并分别接入光学相干域偏振测量仪中进行测量，结合二阶偏振串扰效应，可以获得闭合光路中所有连接点的一阶偏振串扰、保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比等全部偏振特性信息。该方法实现了全保偏Sagnac闭合光路装配过程中偏振特性的测量，可广泛用于闭合光路中所有光学器件和连接点的分布式偏振串扰的监测和评价，对于高性能干涉型光学传感器的研制具有重要意义。

Claims (5)

1.一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征在于：步骤如下：

(1)选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的Y波导(206)，测量Y波导输入保偏尾纤(204)、Y波导第一输出保偏尾纤(208)、Y波导第二输出保偏尾纤(217)的长度分别为l₁，l₂，l₃，且要求|l₃-l₂|＞10cm，Y波导(206)与Y波导输入保偏尾纤(204)之间形成连接点B(205)、与Y波导第一输出保偏尾纤(208)之间形成连接点C(207)、与Y波导第二输出保偏尾纤(217)之间形成连接点F(216)；

(2)选取用于全保偏Sagnac闭合光路装配的保偏光纤环(211)，将保偏光纤环第一端口(210)与Y波导第一输出保偏尾纤(208)进行0°对轴熔接，形成连接点D(209)；

(3)选取一支45°起偏器(201)，测量45°起偏器保偏尾纤(202)的长度为l_p，选取一支45°检偏器(215)，测量45°检偏器保偏尾纤(214)的长度为l_a；

(4)将45°起偏器保偏尾纤(202)与Y波导输入保偏尾纤(204)进行0°对轴熔接，形成连接点A(203)，将45°起偏器单模尾纤(218)与SLD宽谱光源(220)连接；

(5)将45°检偏器保偏尾纤(214)与保偏光纤环第二端口(212)进行0°对轴熔接，形成连接点E(213)，将45°检偏器单模尾纤(219)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；

(6)对非闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中一次性提取出连接点A、B、C、D、E的一阶偏振串扰，保偏光纤环全长度的分布式偏振串扰和Y波导芯片消光比测量信息，基于各段保偏尾纤的长度可以计算出各个干涉信号峰出现的位置，假定光路中保偏光纤的双折射为Δn_f，Y波导芯片的双折射为Δn_Y，Y波导(206)的长度为l_Y，保偏光纤环(211)的长度为l_f，那么表示连接点A、B、C、D、E一阶偏振串扰的干涉信号峰位置分别为：S_A＝Δn_f·l_p，S_B＝Δn_f·(l_p+l₁)，S_C＝Δn_f·(l₂+l_f+l_a)，S_D＝Δn_f·(l_f+l_a)，S_E＝Δn_f·l_a，一阶偏振串扰强度分别为CT_A，CT_B，CT_C，CT_D，CT_E，表示Y波导芯片消光比的干涉信号峰位置为S_Y＝Δn_f·(l_p+l₁+l₂+l_f+l_a)+Δn_Y·l_Y，消光比强度为CT_Y，保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰信息出现在连接点D(209)和连接点E(213)的一阶偏振串扰干涉信号峰之间，并通过全长度的分布式偏振串扰信息计算保偏光纤环(211)的集总消光比为CT_coil；

(7)判断CT_B和CT_C是否优于-40dB、CT_Y是否优于50dB，若不满足则返回步骤(1)并更换Y波导(206)，若满足则进行下一步骤；

(8)判断保偏光纤环(211)全长度的分布式偏振串扰是否均优于-50dB，若不满足则返回步骤(2)并更换保偏光纤环(211)，若满足则进行下一步骤；

(9)判断CT_D是否优于-40dB，若不满足则返回步骤(2)并重新熔接连接点D(209)，若满足则进行下一步骤；

(10)断开连接点E(213)，去掉45°检偏器(215)，将保偏光纤环第二端口(212)与Y波导第二输出保偏尾纤(217)进行0°对轴熔接，形成连接点G(301)；

(11)选取一支1×2单模耦合器(302)，将1×2单模耦合器第一端口(303)与45°起偏器单模尾纤(218)连接，将1×2单模耦合器第二端口(304)与SLD宽谱光源(220)连接，将1×2单模耦合器第三端口(305)与光学相干域偏振测量仪(221)连接；

(12)对闭合光路进行分布式偏振串扰测量，从测量图谱中分别提取出连接点D(209)与连接点F(216)之间的二阶偏振串扰、连接点D(209)与连接点G(301)之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_DF＝Δn_f·(l_f+l₃)和S_DG＝Δn_f·l_f，二阶偏振串扰强度分别为CT_DF和CT_DG，推算出连接点F(216)的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_DF-CT_D，连接点G(301)的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_DG-CT_D；

(13)判断CT_F是否优于-40dB，若不满足则返回步骤(1)并更换Y波导(206)，若满足则进行下一步骤；

(14)判断CT_G是否优于-40dB，若不满足则返回步骤(10)并重新熔接连接点G(301)，若满足则测量结束。

2.根据权利要求1所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征在于：步骤(2)要求l_a-l_p-l₁＞10cm。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征在于：光路中所用的45°起偏器(201)和45°检偏器(215)均为双端口光学器件，其一端为保偏尾纤，另一端为单模尾纤，Y波导(206)为三端口光学器件，其输入和输出尾纤均为保偏光纤，光路中所有保偏光纤均为普通熊猫型保偏光纤。

4.根据权利要求3所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征在于：步骤(9)中的1×2单模耦合器(302)也可以使用三端口单模光纤环形器或2×2单模耦合器来代替。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于全保偏Sagnac闭合光路装配的偏振特性测量方法，其特征在于：步骤(10)也可以从测量图谱中分别提取出连接点C(207)与连接点F(216)之间的二阶偏振串扰、连接点C(207)与连接点G(301)之间的二阶偏振串扰测量信息，其干涉信号峰出现的位置分别为S_CF＝Δn_f·(l₂+l_f+l₃)和S_CG＝Δn_f·(l₂+l_f)，二阶偏振串扰强度分别为CT_CF和CT_CG，因此，推算出连接点F(216)的一阶偏振串扰强度为CT_F＝CT_CF-CT_C，连接点G(301)的一阶偏振串扰强度为CT_G＝CT_CG-CT_C。

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