1.一种单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,它包括:
偏振光源(1)、准直透镜、旋光晶体、螺线管、可调直流电源、待测单模光纤(6)、偏振分束器(7)、光功率计(8)以及工控机(9);
所述偏振光源(1)的输出尾纤(1-1)位于第一准直透镜(2-1)的焦点,第一旋光晶体(3-1)安置在第一准直透镜(2-1)与第二准直透镜(2-2)之间,第一旋光晶体(3-1)上绕制第一螺线管(4-1),第一螺线管(4-1)与第一可调直流电源(5-1)连接;
所述待测单模光纤(6)的一端位于第二准直透镜(2-2)的焦点,另一端位于第三准直透镜(2-3)的焦点;第二旋光晶体(3-2)安置在第三准直透镜(2-3)和第四准直透镜(2-4)之间,第二旋光晶体(3-2)上绕制第二螺线管(4-2),第二螺线管(4-2)与第二可调直流电源(5-2)连接;
所述偏振分束器(7)的输入尾纤(7-1)位于第四准直透镜(2-4)的焦点、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7-2、7-3)均与光功率计(8)连接;
所述光功率计(8)与工控机(9)通过RS232数据线(10)连接。
2.根据权利要求1所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述偏振光源(1)输出消光比为40dB的线偏振光,它的输出尾纤1-1为长度1.0m的熊猫型保偏光纤。
3.根据权利要求1所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的第一准直透镜(2-1)、第一旋光晶体(3-1)和第二准直透镜(2-2)在空间上相对独立,三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。
4.根据权利要求1所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的第三准直透镜(2-3)、第二旋光晶体(3-2)和第四准直透镜(2-4)在空间上相对独立,三者的轴心位于同一直线上并具有相同高度。
5.根据权利要求1所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的待测单模光纤(6)为长度3.0m的单模光纤。
6.根据权利要求1所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的偏振分束器(7)的输入尾纤(7-1)为长度0.3m的单模光纤、输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7-2、7-3)均为长度
1.0m的熊猫型保偏光纤。
7.根据权利要求1所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的光功率计(8)的工作波长范围为800nm-1700nm、具备双采集通道和RS232接口、采样频率为
4096Hz。
8.根据权利要求3所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的第一准直透镜(2-1)输出束腰直径为2.1mm的平行线偏振光束,第一准直透镜(2-1)和第二准直透镜(2-2)的间距为20mm,第一旋光晶体(3-1)的通光孔径为5mm,长度为15mm,费尔德常数为1°/A;第一螺线管(4-1)的长度为15mm,截面半径为5mm,绕制匝数为36匝。
9.根据权利要求4所述的单模光纤线性双折射测量装置,其特征在于,所述的第三准直透镜(2-3)输出束腰直径为2.1mm的平行椭圆偏振光束,第三准直透镜(2-3)和第四准直透镜(2-4)的间距为20mm,第二旋光晶体(3-2)的通光孔径为5mm,长度为15mm,费尔德常数为1°/A;第二螺线管(4-2)的长度为15mm,截面半径为5mm,绕制匝数为36匝。
10.一种单模光纤线性双折射测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
1、所述的偏振光源(1)输出线偏振光,经过第一准直透镜(2-1)后形成平行线偏振光束,当第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流时,所形成的平行线偏振光束在垂直进入第一旋光晶体(3-1)后发生偏振面旋转,并经过第二准直透镜(2-2)汇聚进入待测单模光纤(6);
2、由于待测单模光纤(6)存在线性双折射,输入的线偏振光在经过待测单模光纤(6)后演化成椭圆偏振光输出;输出的椭圆偏振光经过第三准直透镜(2-3)形成平行椭圆偏振光束,当第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流时,所形成的平行椭圆偏振光束垂直进入第二旋光晶体(3-2)后发生偏振面旋转,并经过第四准直透镜(2-4)汇聚进入偏振分束器(7)的输入尾纤(7-1);
3、偏振分束器(7)将输入的椭圆偏振光分解成正交的两束线偏振光,经过偏振分束器(7)的输出尾纤Ⅰ、Ⅱ(7-2、7-3)进入功率计(8)测量;
4、光功率计(8)将测量得到的两路正交信号数据通过RS232数据线(10)传送到工控机(9)上处理;
其中,经过四次测量,分别为:
1)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I11,I11为750mA,使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°;
第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I12,I12为1500mA,使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°;在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理,得到的输出结果为:output1=cos(2α+45°)sin 2κ-sin(2α+45°)cos 2κ cos δ其中,α为偏振光源(1)的输出尾纤(1-1)的偏振主轴与待测单模光纤(6)的双折射主轴之间的夹角,κ为待测单模光纤(6)的双折射主轴和偏振分束器(7)的偏振主轴之间的夹角,δ为待测单模光纤(6)的线性双折射;
2)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I21,I21为2250mA,使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°;
第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I22,I22为1500mA,使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转45°;在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理,得到的输出结果为:output2=-sin(2α+45°)sin 2κ-cos(2α+45°)cos 2κ cos δ
3)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I31,I31为750mA,使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转22.5°;
第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I32,I32为3000mA,使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°;在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理,得到的输出结果为:outpu3=-cos(2α+45°)cos 2κ-sin(2α+45°)sin 2κ cos δ
4)第一可调直流电源(5-1)向第一螺线管(4-1)通入电流I41,I41为2250mA,使得输入第一旋光晶体(3-1)的平行线偏振光束的偏振面旋转67.5°;第二可调直流电源(5-2)向第二螺线管(4-2)通入电流I42,I42为3000mA,使得输入第二旋光晶体(3-2)的平行椭圆偏振光束的偏振面旋转90°;在工控机(9)上根据外差法对光功率计(8)传送的两路正交信号数据进行处理,得到的输出结果为:output4=-sin(2α+45°)cos 2κ+cos(2α+45°)sin 2κ cos δ
5)求解出输出结果output1和output2的平方和sum1,并求解出输出结果output3和output4的平方和sum2,分别为:
2 2 2
sum1=(sin 2κ)+(cos 2κ)(cos δ)
2 2 2
sum2=(cos 2κ)+(sin 2κ)(cos δ)
6)由于待测单模光纤(6)的线性双折射δ∈[0°,90°],所以δ的计算式为:从而得出线性双折射δ的值。