[发明专利]一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法

说明书

本发明设计属于光纤测量领域，具体涉及一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置‑幅值含义预估方法。本发明包括：明确待测保偏光纤中所有缺陷点个数和相应位置，记录缺陷点个数；对各个缺陷点耦合强度进行初始赋值；测量待测保偏光纤中，测量由缺陷点分开的区间光纤长度；设定待测保偏光纤每段区间光纤的线性双折射；明确待测保偏光纤接入测量系统对轴角度；根据缺陷点个数，缺陷点耦合强度，区间光纤长度，对轴角度输入到分析系统进行分析等。本发明推导出了干涉峰的位置‑强度一般表达式。给定位置的扫描光程，可直接选择所需公式即得到该干涉峰的幅值含义，简化计算流程，节省计算时间。

技术领域

本发明设计属于光纤测量领域，具体涉及一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法。

背景技术

保偏光纤是集成光学装置和光纤型干涉仪中的一种重要器件，同时也是分布式光纤传感的重要载体。由于保偏光纤具有很高的线性双折射，它可以提供两个相对独立的正交偏振传输轴——快轴和慢轴。一般地，两个轴上的传输光的偏振态得以很好保持。由于保偏光纤的内部结构缺陷或者外部的扰动等形成缺陷点，使得保偏光纤的两个正交偏振模式之间仍然可以发生的光能量耦合，我们称之为偏振模式耦合。偏振模式耦合可以用来评价偏振器件的特征，诸如保偏光纤之间的对轴、保偏光纤制造、Y波导的芯片偏振消光比测试等领域。2013年，武汉钜风科技有限公司公开了一种保偏光纤偏振模耦合分布的测量方法，利用光电探测器和矢量网络分析仪，能够测量50公里长的保偏光纤的偏振模耦合分布。但是该方案依赖于外部仪器，且使用探测设备复杂昂贵，发明中也没有提到对保偏光纤中缺陷点特征的预估方法。

光学相干域偏振测量技术是一种用于评价保偏光纤缺陷点处偏振模式耦合特性理想方案。通过扫描式的马赫泽德干涉仪(MZI)进行光程补偿，实现不同耦合模式间的干涉测量。在干涉图样中，可以反映出与光纤实际耦合位置对应的干涉峰，干涉峰值反映对应耦合点的耦合能量大小。2012年，中国电子科技集团公司第41研究所的郑光金等人，提出了一种基于偏振分束干涉技术的测量方法(中国专利申请号201210167591.2)，其能够有效消除光源功率波动，提高保偏光纤偏振耦合强度的测量准确度。早在2010年，北京高光科技有限公司的姚晓天公开了一种用于测量保偏光纤和双折射介质的分布式偏振串扰方法及装置(中国专利申请号201010191225.1)。利用在光学干涉仪前增加光程延迟器，可以抑制重影干涉峰的数目和幅值，并将偏振串扰灵敏度提高到-95dB，动态范围保持在75dB。在发明中姚晓天提出了“重影”(高阶)干涉峰会对一阶干涉峰造成很大影响。

对于线偏振光在含有多个缺陷点的保偏光纤中传输行为，传统上一般采用琼斯矩阵方法。对于光的偏振态作线性转换的过程，均可采用一个2×2的矩阵来表示其状态的变化。当光线通过一个光学不连续点或相邻两点隔开的单元后，出射光可以表示为相应单元的琼斯矩阵乘上入射光琼斯矩阵。作为保偏光纤的典型应用，光纤陀螺的光纤光路分析也可采用琼斯矩阵分析方法。2012年，扬州蓝剑电子系统工程有限公司的李建勋等人公开了一种三轴一体化高精度光纤陀螺的光电控制系统(中国专利申请号201220476917.5)。该专利主要是以琼斯矩阵为工具，建立了保偏光纤陀螺光信号传输模型。

然而，对于采用干涉测量技术，我们只关心干涉信号中分布式干涉峰的位置和幅值，或者是对于给定位置的扫描位置，获取到该处峰值代表的幅值含义。如何对于干涉峰进行估计和鉴别，是进行分布式测量的前提。尽管通过琼斯矩阵方法可以对已知器件预测干涉峰位置-幅值信息，但目前位置没有一种通用方法和公式去直接预估。虽然单独的一个2×2矩阵是一个简单的分析方式，但是当待测保偏光纤中缺陷点较多时，完全通过待测保偏光纤后的矩阵展开项个数将呈现指数增加。特别是在后续计算中，将琼斯矩阵代入到干涉公式时，十分庞大。如若考虑高阶干涉峰问题，计算量的复杂程度又会大大增加。到目前为止，还没有专利提及到对于含有多个缺陷点的保偏光纤产生所有阶次特征干涉峰的理论估计问题。