数字化扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

首先简要介绍了保偏光纤及其主要参数:模式耦合系数、拍长、偏振消光比和偏振串音等,并给出这些参数的定义和表达式;评价保偏光纤性能的拍长、模式耦合系数、偏振串音等参数也都与偏振耦合相关.讨论了偏振耦合测试技术,对成功应用于保偏光纤测试的波长扫描干涉法等七种方法作了比较.采用"白光"Michelson技术实现了光纤的寄生偏振耦合点空间分布位置测试仪,以该仪器完成了保偏光纤环扫描;偏振无源光器件测试;保偏光纤对轴;保偏光纤拍长测试;分布式(应力、位置、温度)传感;保偏光纤双折射色散测试等.并以保偏光纤环扫描为例给出实验结果,证明了仪器设计理论和实验结果的相符合性.     

保偏光纤模式耦合分析及其相干检测

当保偏光纤存在结构不均匀或者受到外部扰动时,将使其内部传输的一部分偏振光耦合到与其正交的偏振态上去。分析了保偏光纤内偏振光模式耦合的原理,给出了基于白光干涉法的偏振模式耦合检测方法,并用迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振模式耦合的耦合强度和耦合点发生的空间位置进行了测试。通过步进电机控制迈克尔逊干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差,来补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差,实现了对偏振耦合的测量。为提高检测系统的灵敏度,需提高输出信号的信噪比,对光源发出的光进行高频调制,通过频谱搬移和相干解调,有效地抑制了各种干扰和噪声,使输出信号的峰值信噪比提高了5.1 dB,耦合强度测试最小值也由-57.6 dB提高到-62.7 dB,增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。     

载波调制法提高保偏光纤偏振耦合检测的信噪比

保偏光纤偏振耦合系统能有效检测保偏光纤中偏振耦合点的空间位置及耦合强度,因而可被广泛地应用于应力、应变、温度和位置的分布式传感中。由于噪声影响,测试系统中的信噪比和耦合强度检测灵敏度会下降。为了改善系统信噪比,提高保偏光纤中弱耦合点的检测能力,将铌酸锂外调制技术应用于白光干涉保偏光纤耦合测试系统。调制后的信号经光电探测器接收,用数字解调算法进行数据处理。实验结果表明:在电机扫描速度为0.75 mm/s,调制频率为9.1 kHz,采样率为140 kHz时,载波调制时信噪比提高了8 dB,解调耗时仅1.12 s。     

基于OCDP的保偏光纤偏振模式耦合仿真及实验

光相干域偏振检测技术广泛应用于保偏光纤中的偏振模式耦合测量和分析。针对保偏光纤中的多点偏振耦合情况，传统的分析方法主要有光路逐点分析和光谱相干矩阵分析，这些方法计算量大且不利于计算机实现。从光波传播特点及宽谱干涉特点出发，研究了保偏光纤中多点偏振耦合的仿真技术和方法，并编写了专用程序进行仿真。利用扫描迈克尔逊实现了多偏振模式耦合的测量，仿真数据与实验吻合。研究表明：通过上述方法能简便、准确地生成多耦合点干涉条纹。从而为保偏光纤中多点偏振模式耦合干涉的测量和分析提供了重要的工具。     

双折射波导偏振耦合的短相干干涉测量

保偏光纤内部具有的高双折射,使其在内部传播的主模和耦合模之间存在一定的光程差。研究了高双折射波导中连续偏振耦合分布和分立点耦合的白光干涉测量法,推导出一种简明使用的公式,求出双折射波导的保偏参数,并且根据调制解调相关原理精确测量耦合点的强度和位置。实验测量了国产类矩形保偏光纤以及光纤偏振器。该方法最突出的优点是采用非破坏性方法测出保偏波导的每个局部的保偏参数,可用于检测集成波导器件和保偏光纤的质量、双折射波导之间的主轴对准、分布式光纤应变传感器等领域,并且可作为保偏光纤生产和使用的一种有效检测方法,大大提高集成波导器件及相关传感器的性能。     

光纤双折射对光纤环保偏能力影响的实验研究

为了研究光纤双折射对陀螺光纤环保偏能力的影响,选用三种不同型号的光纤采用相同的绕制方法制作相同规格的光纤环。采用白光干涉仪测试光纤环的偏振耦合分布,并利用光纤环两端尾纤与白光干涉仪尾纤的熔点引起的偏振耦合干涉峰计算绕环光纤的双折射。通过不同光纤环测试结果的比较,分析绕环光纤双折射对光纤环保偏能力的影响。测试结果表明,三种绕环光纤的双折射分别为7.47×10－4、6.36×10－4、5.78×10－4,对应的三只光纤环的整体偏振耦合幅值分别为－74.79 dB、－70.06 dB、－64.97 dB。选取了相同对应位置的5个大耦合点进行偏振耦合幅值的统计,三只光纤环平均偏振耦合幅值分别为－57.85 dB、－49.85 dB、－44.49 dB。实验结果表明采用高双折射的保偏光纤有利于提高光纤环的整体保偏能力,且高双折射光纤具有较强的抵御外界应力影响的能力。     

基于白光干涉的光纤环保偏能力温度稳定性研究

为了研究陀螺用光纤环保偏能力的温度稳定性,采用白光干涉仪测试了光纤环在-40～80℃范围内7个温度点的偏振耦合分布。从光纤双折射、整体偏振耦合幅值、局部大偏振耦合点三个方面对测试结果进行了分析。光纤双折射随环境温度的升高线性减小,80℃时光纤双折射相对于-40℃下降了13.73,说明了温度越高光纤本身保偏能力越低。整体偏振耦合幅值表现出了以40℃为最低点的抛物线形温度分布,说明了绕环胶固化温度是影响光纤环在宽温域整体外应力的主要因素。分析了换层处的大耦合点偏振耦合幅值在低温下出现高低间隔分布的原因是光纤环与结构件的粘接胶采用高温固化方法造成的。三个方面的综合分析表明,环境温度与光纤拉丝温度的差值是影响光纤内应力的主要因素,绕环胶和粘接胶的固化温度是影响光纤外应力的主要因素。测试分析结果为后续优化光纤环的保偏能力温度稳定性提供了参考。     

保偏光纤器件的对轴角度分析与测量

理论推导了保偏光纤(PMF)对轴角度、起偏器起偏角与相干域检测信号的关系,仿真分析表明,对轴误差越大,引起的偏振耦合越大.根据白光干涉原理,采用Michelson干涉仪光程补偿的方法,实验研究了偏振耦合强度与对轴角度之间的关系,并根据测量的耦合强度数据计算出对轴角度.     

全保偏光纤地磁传感器

采用保偏光纤耦合器等保偏器件，搭建了马赫-曾德尔型保偏光纤干涉仪，在干涉臂中接入磁致伸缩材料粘附光纤结构的保偏光纤磁传感探头，通过磁致伸缩效应探测地磁场引起的光纤中的相位变化，建立了保偏光纤地磁场传感器实验系统，实现了稳定的磁场检测。实验分析了系统相位信号随磁场变化的特性以及频率响应特性，为系统选择适当的交流磁场进行直流磁场检测提供了依据，结果表明该系统最小可检测到1nT量级的磁场。实验测量了地磁场矢量在水平面各方向上的分量大小，得到的实验结果与理论值吻合得较好，证明该系统能够用于基于地磁场测量的定向导航。     

偏振耦合测试及其振动干扰信号分析

理论分析了偏振模式耦合的原理,给出了基于白光干涉的偏振耦合检测方法。通过步进电机控制迈克耳孙干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差(OPD),补偿了由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤(PMF)出射时的光程差,实现了对保偏光纤的偏振耦合强度和位置的测试。扫描过程中扫描臂反射镜的振动会对输出信号产生不良影响,对此振动信号进行了仿真及实验研究,分析了它对输出信号的影响。在不同的扫描速度下,采用Hilbert变换和最小二乘高斯非线性回归分析提取白光干涉包络,求解耦合强度,验证了振动信号的幅度和频率与扫描速度有关,以及它对耦合强度检测精度的影响。结果表明该测试系统动镜的扫描速度在0.7～0.9mm/s时,偏振耦合强度的检测误差最小。     

基于保偏光纤模式干涉的温度传感技术

基于Sagnac光纤干涉仪偏振非互易的光纤温度传感器的理论、方案和相关技术,利用光强度直接测量的信号检测技术,实现了单点温度传感并进行了实验验证.实验和测试表明:这种温度传感器达到了0.01℃的温度分辨率和稳定性,通过改变温度传感头的长度和传感保偏光纤的双折射率,可方便地调节其测量范围.同时又提出了一种新的反射型保偏光纤温度传感方案并研制出微小型保偏光纤温度传感头.在此基础上,实现了多点温度测量,研制出大型变压器绕组温度监控用多点温度传感系统,在0～200 ℃的温度范围内达到了0.5℃的测量精度和分辨率,研制的传感头满足高电压绝缘和热油、热蒸汽的恶劣环境要求.     

Simultaneous measurement of strain and temperature based on a long-period grating with a polarization maintaining fiber in a loop mirror

Simultaneous measurement of strain and temperature using a long-period grating (LPG) and a polarization maintaining fiber (PMF) in a fiber loop mirror (FLM) is presented. The sensing head is formed by an LPG. The transmitted optical intensity from the FLM is linear with the variation of the strain. And the interference resonant dip has a blue shift with the increasing of the temperature. Experimental results show that the proposed sensor has the sensitivities of 0.0346 nm/°C and 1.82 × 10⁻³ dB/με within the strain range of 0–1300 με, respectively.     

采用分布式偏振串扰检测保偏光纤环质量的研究

提出将偏振串扰分析仪用于光纤陀螺(FOG)保偏光纤(PMF)环绕制在线检测、原料PMF质量检测、成品PMF环总体检测和热应力检测。通过对原料光纤检测,可以有效减少原料光纤固有缺陷对光纤环的影响。通过PMF环绕制在线检测,可以有效检测出光纤环在绕制中的缺陷、监控绕制张力、定位绕制光纤位置和改进绕制工艺等。通过光纤环热应力检测,可以了解骨架、光纤固化胶由于热应力作用对光纤环性能的影响。研究表明,分布式偏振串扰测量是大幅提高PMF环质量的一个有效手段。     

保偏光纤定轴技术的仿真及实验分析

根据保偏光纤侧视成像定轴原理,应用光线追迹方法,分析了保偏光纤侧视成像定轴过程,模拟考察了熊猫型保偏光纤侧视成像的光强分布与偏振轴方位角及物平面位置的关系.对比仿真结果和实验观测结果,对五指型光强分布特征值判断法进行了改进.比较了透镜效应侧视成像的不同定轴方法,发现改进的五指型光强分布特征值判断法的特征值在90°位置附近具有更高的定轴精度,更易于实现保偏光纤偏振主轴的定位.这种方法适用于制作保偏光纤耦合器和保偏光纤偏振器时,在偏振主轴0°或90°方位角时的高精度定轴.     

Performance of Polarizers and Coupler in an All Polarization Maintaining Fiber Interferometer

It is given mathematical models and analyze the performance of polarizers and coupler in an all polarization maintaining fiber (PMF) Michelson interferometer. The optical coherent signal to noise ratio (CSNR) of the interferometer is calculated by means of the Jones matrix with cross coupling matrix elements.     

基于五指型光强分布的保偏光纤定轴方法

保偏光纤偏振主轴的精确定位是保偏光纤应用中的关键技术之一。文中在观察到保偏光纤侧视图像的光强分布呈五指型的实验基础上,提出了一种用于保偏光纤定轴的新方法,即五指型光强分布特征值判断法。实测表明,用于保偏光纤定轴时,在0°附近,与现有的其它定轴方法相比,五指型光强分布特征值判断法的特征更明显,提高了定轴的灵敏度。此新方法可用于制作保偏光纤器件时,在0°附近的高精度定轴。     

保偏光纤技术进展及发展趋势

文章阐述了保偏光纤(PMF)的基本原理和制造技术，分析了国内外PMF的技术进展及PMF的发展趋势。