專(zhuān)利名稱：基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法及裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
保偏光纖因其在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用而引起人們的極大關(guān)注和廣泛研究。圖I所示為目前廣泛使用的熊貓型保偏光纖的截面圖，它具有兩個(gè)光學(xué)主軸，分別為快軸和慢軸，快軸的折射率為nf，慢軸的折射率為ns，快軸與慢軸的折射率的差為保偏光纖的雙折射，保偏光纖的雙折射是其應(yīng)用中最重要的參數(shù)之一。由于材料的不均勻性，光纖拉制過(guò)程中的環(huán)境擾動(dòng)，光纖纏繞時(shí)受力不均勻，光纖所受的側(cè)向壓力和環(huán)境溫度變化等因素的影響，不可避免地會(huì)導(dǎo)致保偏光纖雙折射發(fā)生變化和分布不均勻。目前，雖然已經(jīng)提出很多方法來(lái)測(cè)量保偏光纖的雙折射，然而大部分方法只能測(cè)量一段保偏光纖的平均雙折射，而不能測(cè)量保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的雙折射。為了測(cè)量保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的雙折射，2010年加拿大渥太華大學(xué)董永康等人提出了一種基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵技術(shù)測(cè)量保偏光纖雙折射方法。結(jié)合圖2說(shuō)明該方法的原理首先，在保偏光纖的兩端分別注入一束泵浦光，分別為泵浦光I和泵浦光2，這兩束泵浦光傳輸方向相反，且注入到保偏光纖的一個(gè)光學(xué)主軸里，使兩束泵浦光的頻率差等于保偏光纖中的布里淵頻移，因此兩束泵浦光發(fā)生相互作用，通過(guò)電致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生了布里淵動(dòng)態(tài)光柵；然后把一束探測(cè)光沿著與泵浦光2相同傳播方向注入到保偏光纖的另外一個(gè)光學(xué)主軸里，當(dāng)泵浦光2和探測(cè)光的頻差滿足Avmm=八1^/1!8時(shí)，探測(cè)光就會(huì)被布里淵動(dòng)態(tài)光柵反射并獲得最大的反射率，這里△ η是保偏光纖的雙折射，V是探測(cè)光頻率，118是保偏光纖的群折射率，此時(shí)泵浦光2和探測(cè)光的頻差A(yù)vBiM就被稱為雙折射頻移。通過(guò)測(cè)量到的雙折射頻移和方程AnvAig就可以計(jì)算保偏光纖中兩束泵浦光產(chǎn)生布里淵動(dòng)態(tài)光柵處的的雙折射Λη，為了測(cè)量這一段保偏光纖其它點(diǎn)的雙折射，通過(guò)改變泵浦光I和泵浦光2的入射時(shí)間差，進(jìn)而改變二者相遇產(chǎn)生布里淵的地點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則每次只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的雙折射。利用這個(gè)方法，董永康等人首次實(shí)現(xiàn)了分布式保偏光纖雙折射的測(cè)量(Yongkang Dong,Liang Chen,and Xiaoyi Bao,“Truly distributed birefringence measurement of polarization-maintaining fibers based on transient Brillouin grating,，，Optics Letters, Vol. 35，No. 2，193,2010)。在這個(gè)方案中，兩個(gè)傳輸方向相反的高功率、窄脈沖的泵浦光(即泵浦光I和泵浦光2)被注入到保偏光纖的一個(gè)光學(xué)主軸里產(chǎn)生布里淵動(dòng)態(tài)光柵，然后一個(gè)長(zhǎng)脈沖的探測(cè)光在時(shí)間上緊跟著泵浦脈沖2被注入到保偏光纖的另外一個(gè)光學(xué)主軸里。在這個(gè)方案中，空間分辨率是由泵浦光的脈寬決定的，泵浦光脈沖的脈寬越窄， 其空間分辨率越高，因此必須使用高功率的窄脈沖泵浦光來(lái)獲取高空間分辨率，但是高功率的泵浦光在光纖中會(huì)產(chǎn)生其他的非線性效應(yīng)，比如自相位調(diào)制和調(diào)制不穩(wěn)定，因此光纖測(cè)量長(zhǎng)度受到限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離保偏光纖雙折射的測(cè)量。該文獻(xiàn)中使用脈寬為2ns、功率為30W的泵浦脈沖，2ns的脈寬獲得20cm的空間分辨率，然而30W的高功率引起的非線性效應(yīng)使光纖的測(cè)量長(zhǎng)度只有Sm。此外，在這個(gè)方案中，每次只能測(cè)量光纖上的一個(gè)位置點(diǎn)， 分布式雙折射的測(cè)量只能通過(guò)調(diào)節(jié)兩束脈沖泵浦光的延時(shí)，沿著光纖掃描布里淵動(dòng)態(tài)光柵產(chǎn)生的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此測(cè)量時(shí)間非常長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有測(cè)量保偏光纖雙折射技術(shù)測(cè)量時(shí)間非常長(zhǎng)，長(zhǎng)距離和高空間分辨率不能同時(shí)滿足的問(wèn)題，提供了一種基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法及裝置。本發(fā)明所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，在待測(cè)保偏光纖的一端入射泵浦脈沖光，并跟隨入射探測(cè)脈沖光，所述泵浦脈沖光入射至待測(cè)保偏光纖的一個(gè)光學(xué)主軸，所述探測(cè)脈沖光入射至待測(cè)保偏光纖的另一個(gè)光學(xué)主軸，在待測(cè)保偏光纖的另一端入射連續(xù)泵浦光，所述連續(xù)泵浦光與所述泵浦脈沖光入射至同一個(gè)光學(xué)主軸上，所述連續(xù)泵浦光與所述泵浦脈沖光在待測(cè)保偏光纖內(nèi)相遇并發(fā)生受激布里淵散射產(chǎn)生布里淵動(dòng)態(tài)光柵；所述探測(cè)脈沖光被布里淵動(dòng)態(tài)光柵反射，獲取待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的反射光強(qiáng)，多次注入泵浦脈沖光和不同頻率的探測(cè)脈沖光，獲取不同頻率的探測(cè)脈沖光入射時(shí)的待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的反射光強(qiáng)，進(jìn)而獲取所述待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的布里淵反射光譜，進(jìn)而獲取所述待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的雙折射。獲取待測(cè)保偏光纖的雙折射的過(guò)程為注入η次不同頻率探測(cè)脈沖光，檢測(cè)第I η次探測(cè)光與泵浦脈沖光之間的頻率 H Av1 Δ V2. . . Δ Vi. . . Δ νη,同時(shí)記錄每次注入不同頻率探測(cè)脈沖光時(shí)，探測(cè)脈沖光被布里淵動(dòng)態(tài)光柵反射的反射光光強(qiáng)，每個(gè)探測(cè)光與泵浦脈沖光之間的頻率差A(yù)vi對(duì)應(yīng)的反射光光強(qiáng)序列為I1+ I2-I . . .，Ij-i，. . .，Im-i η個(gè)反射光光強(qiáng)序列形成反射光光強(qiáng)矩陣B
權(quán)利要求
1.基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，在待測(cè)保偏光纖的一端入射泵浦脈沖光，并跟隨入射探測(cè)脈沖光，所述泵浦脈沖光入射至待測(cè)保偏光纖的一個(gè)光學(xué)主軸，所述探測(cè)脈沖光入射至待測(cè)保偏光纖的另一個(gè)光學(xué)主軸，其特征在于，在待測(cè)保偏光纖的另一端入射連續(xù)泵浦光，所述連續(xù)泵浦光與所述泵浦脈沖光入射至同一個(gè)光學(xué)主軸上，所述連續(xù)泵浦光與所述泵浦脈沖光在待測(cè)保偏光纖內(nèi)相遇并發(fā)生受激布里淵散射產(chǎn)生布里淵動(dòng)態(tài)光柵；所述探測(cè)脈沖光被布里淵動(dòng)態(tài)光柵反射，獲取待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的反射光強(qiáng)，多次注入泵浦脈沖光和不同頻率的探測(cè)脈沖光，獲取不同頻率的探測(cè)脈沖光入射時(shí)的待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的反射光強(qiáng)，進(jìn)而獲取所述待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的布里淵反射光譜，進(jìn)而獲取所述待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的雙折射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，其特征在于，所述泵浦脈沖光的脈寬為20ns 100ns。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，其特征在于，所述探測(cè)脈沖光的脈寬為Ins 10ns。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，其特征在于，探測(cè)脈沖光滯后所述泵浦脈沖光Ons 20ns。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，其特征在于，探測(cè)脈沖光的波長(zhǎng)在1550nm± IOnm之間變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出不同頻率的探測(cè)脈沖光。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任一權(quán)利要求所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法，其特征在于，獲取待測(cè)保偏光纖的雙折射的過(guò)程為注入η次不同頻率探測(cè)脈沖光，檢測(cè)第I η次探測(cè)光與泵浦脈沖光之間的頻率差 Δ V1 Δ V2. . . Δ Vi. . . Δ νη,同時(shí)記錄每次注入不同頻率探測(cè)脈沖光時(shí)，探測(cè)脈沖光被布里淵動(dòng)態(tài)光柵反射的反射光光強(qiáng)，每個(gè)探測(cè)光與泵浦脈沖光之間的頻率差A(yù)vi對(duì)應(yīng)的反射光光強(qiáng)序列為I1+ I2-I · · ·，Ij-i，· · ·，Im-i η個(gè)反射光光強(qiáng)序列形成反射光光強(qiáng)矩陣B
7.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法的裝置，其特征在于，它包括連續(xù)泵浦光光源(30)、泵浦脈沖光光源(31)、探測(cè)脈沖光光源 (32)、第三光纖耦合器(16)、第一探測(cè)器(17)、頻率計(jì)數(shù)器(18)、第六光纖耦合器(19)、第二探測(cè)器(20)、頻譜分析儀(21)、脈沖發(fā)生器(22)、第四光纖偏振控制器(23)、光纖環(huán)形器(24)、第五光纖偏振控制器(25)、光纖偏振合束器(26)、第三探測(cè)器(27)、數(shù)據(jù)采集卡(28) 和計(jì)算機(jī)(29)，連續(xù)泵浦光光源(30)包括第一激光器(I)，泵浦脈沖光光源(31)包括第二激光器 (6)，探測(cè)脈沖光光源(32)包括第三激光器(11)，連續(xù)泵浦光光源(30)輸出連續(xù)泵浦光入射至待測(cè)保偏光纖的一個(gè)光學(xué)主軸中，泵浦脈沖光光源(31)的泵浦脈沖光輸出端與第四光纖偏振控制器(23)的輸入端相連，第四光纖偏振控制器(23)的輸出端與光纖偏振合束器(26)同軸入射端相連,所述泵浦脈沖光入射至待測(cè)保偏光纖的一個(gè)光學(xué)主軸中，連續(xù)泵浦光和泵浦脈沖光入射至測(cè)待測(cè)保偏光纖的同一光學(xué)主軸；探測(cè)脈沖光光源(32)的探測(cè)脈沖光輸出端與光纖環(huán)形器(24)的第一端口相連，光纖環(huán)形器(24)的第二端口與第五光纖偏振控制器(25)的輸入端相連,第五光纖偏振控制器(25)的輸出端與光纖偏振合束器(26)的異軸入射端相連,光纖環(huán)形器(24)的第三端口與第三探測(cè)器(27)的數(shù)據(jù)采集端相連相連，第三探測(cè)器(27)的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)采集卡 (28)的數(shù)據(jù)采集端相連，數(shù)據(jù)采集卡(28)的數(shù)據(jù)輸出端與計(jì)算機(jī)(29)的輸入端相連；脈沖發(fā)生器(22)的泵浦光脈沖驅(qū)動(dòng)端與泵浦脈沖光光源(31)的脈沖控制端相連， 脈沖發(fā)生器(22)的探測(cè)光脈沖驅(qū)動(dòng)端與探測(cè)脈沖光光源(32)的脈沖控制端相連， 脈沖發(fā)生器(22)的同步觸發(fā)端與數(shù)據(jù)采集卡(28)的同步采集始能端相連；第三光纖I禹合器(16)以50 : 50的比例I禹合第一激光器(I)的輸出光和第二激光器(6)的輸出光，并通過(guò)第一探測(cè)器(17)和頻率計(jì)數(shù)器(18)實(shí)現(xiàn)測(cè)量第一激光器(I)的輸出光和第二激光器(6)的輸出光的頻率差，并控制第二激光器(6)的發(fā)射頻率，以保證連續(xù)泵浦光和泵浦脈沖光的頻率差為待測(cè)保偏光纖的布里淵頻移，第六光纖I禹合器(19)以50 : 50的比例I禹合第一激光器(I)的輸出光和第三激光器(11)的輸出光，并通過(guò)第二探測(cè)器(20)和頻譜分析儀(21)實(shí)現(xiàn)測(cè)量連續(xù)泵浦光和探測(cè)脈沖光的頻率差，并將頻譜分析儀(21)測(cè)量結(jié)果輸出給計(jì)算機(jī)(29)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量裝置，其特征在于，連續(xù)泵浦光光源(30)還包括第一光纖耦合器(2)、第四光纖耦合器(3)、第一光纖偏振控制器(4)和光纖偏振器(5),第一激光器(I)輸出的連續(xù)光光束進(jìn)入第一光纖I禹合器(2),第一光纖I禹合器(2)輸出 90% 95%的光進(jìn)入第四光纖f禹合器(3)，第四光纖f禹合器(3)輸出90% 95%的光進(jìn)入第一光纖偏振控制器(4),第一光纖偏振控制器(4)輸出光束經(jīng)過(guò)光纖偏振器(5)輸出泵浦連續(xù)光，第一光纖I禹合器(2)輸出5% 10%的光進(jìn)入第三光纖f禹合器(16),第四光纖I禹合器(3)輸出5% 10%的光進(jìn)入第六光纖f禹合器(19)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量裝置，其特征在于，泵浦脈沖光光源(31)還包括第二光纖稱合器(7)、第二光纖偏振控制器(8)、第一光電調(diào)制器(9)和第一摻鉺光纖放大器(10),第二激光器(6)輸出的泵浦光束進(jìn)入第二光纖I禹合器(7),第二光纖f禹合器(7)輸出 90% 95%的光進(jìn)入第二光纖f禹合器(7),第二光纖f禹合器(7)輸出5% 10%的光進(jìn)入第三光纖I禹合器(16)；第二光纖I禹合器(X)輸出90% 95%的光進(jìn)入第二光纖偏振控制器(8),第二光纖偏振控制器(8)輸出的光進(jìn)入第一光電調(diào)制器(9)，第一光電調(diào)制器(9)經(jīng)脈沖發(fā)生器(22) 觸發(fā)后輸出泵浦脈沖光，并經(jīng)第一摻鉺光纖放大器(10)放大后輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量裝置，其特征在于，探測(cè)脈沖光光源(32)還包括第三光纖偏振控制器(12)、第五光纖耦合器(13)、 第二光電調(diào)制器(14)和第二摻鉺光纖放大器(15),第三激光器(11)輸出的探測(cè)光光束進(jìn)入第三光纖偏振控制器(12),第三光纖偏振控制器(12)輸出的光束進(jìn)入第五光纖I禹合器(13),第五光纖f禹合器(13)輸出90% 95%的光進(jìn)入第二光電調(diào)制器(14),第五光纖f禹合器(13)輸出5% 10%的光進(jìn)入第六光纖f禹合器(19)，第二光電調(diào)制器(14)經(jīng)脈沖發(fā)生器(22)觸發(fā)后輸出探測(cè)脈沖光，并經(jīng)第二摻鉺光纖放大器(15)放大后輸出。
全文摘要
基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的分布式保偏光纖雙折射測(cè)量方法及裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有測(cè)量保偏光纖雙折射技術(shù)測(cè)量時(shí)間非常長(zhǎng)，長(zhǎng)距離和高空間分辨率不能同時(shí)滿足的問(wèn)題。本發(fā)明方法在待測(cè)保偏光纖的一端入射泵浦脈沖光，并跟隨入射探測(cè)脈沖光，在待測(cè)保偏光纖的另一端入射連續(xù)泵浦光，連續(xù)泵浦光與泵浦脈沖光入射至同一個(gè)光學(xué)主軸上，探測(cè)脈沖光入射至另一個(gè)光學(xué)主軸，連續(xù)泵浦光與泵浦脈沖光在待測(cè)保偏光纖內(nèi)相遇并發(fā)生受激布里淵散射產(chǎn)生布里淵動(dòng)態(tài)光柵；探測(cè)脈沖光被光柵反射，多次注入泵浦脈沖光和不同頻率的探測(cè)脈沖光，獲取不同頻率時(shí)的待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的反射光強(qiáng)，進(jìn)而獲取待測(cè)保偏光纖每個(gè)位置點(diǎn)的雙折射。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102589857SQ20121005981
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者呂志偉, 董永康 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)