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1、1998年9月深圳大学学报(理工版)Sept.1998第15卷,第2～3期JournalofShenzhenUniversity(Science&Engineering)Vol.15,No.2～3自动测量保偏光纤拍长的实验研究林敏黄建军古晓忠(深圳大学理学院,深圳518060;第一作者32岁,女,讲师)摘要基于压力法,采用点耦合分析,提出了一种偏轴输入对轴检测的测量法,并建立了微机控制的拍长测量系统.关键词保偏光纤;拍长;压力法中图分类号TN253引言保偏光纤不仅可以实现巨大容量的相干光通信,且可制成
2、许多光纤传感器和光信息处理器.近年来人们在保偏光纤的理论设计、制造工艺和参数测量等方面做了大量工作,取得重大[1]进展.在保偏光纤的参数中,拍长Lb或双折射B是重要参数,其关系为λ2cLb==(1)BΔU式中,λ为光波长,ΔU为两个正交偏振模式的传播常数Ux、Uy之差.目前,测量拍长主要有以下几种方法:①散射法即直接观察法;②剪断法;③扭转法;④磁光或电光调制法http://journal.szu.edu.cn;⑤侧向压力法,等等.权衡各方法利弊,则以压力法测量保偏光纤拍长Lb为最佳,因为它原理简单,
3、设计合理,精度高,且对光纤无破坏.基于光弹效应,当在光纤侧向作用一个压力时,将产生附加双折射,当改变压力位置时,输出偏振态随着改变,由此可测得拍长.文[2]采用此法时,要求输入线偏振光方向与被测光纤双折射轴一致(对轴输入),即只激发一个偏振模.当光纤拍长较长或工作在多模情况时,这种测量难以进行.作者采用点耦合分析方法,测量时输入偏振光不要求对轴,而只要调整检偏器的方向,得到很好的结果.1测量原理如图1,输入光E经起偏器P(方向角h)注入待测光纤,激起两个正交偏振模Ex、Ey,相应的传播常数为Ux、Uy
4、、传输一定距离Z1后,受到外力的作用,相互之间引起耦合,耦合系数为k,从光纤末端出射后经检偏器A(方向角θ)到达探头D.在输入端激励起的两个正交线偏振模的复振幅设为:E1,x(z)=Ecoshexp(jUxz)(2)收稿日期:1998-06-12http://journal.szu.edu.cn第2～3期林敏,黄建军等:自动测量保偏光纤拍长的实验研究61E1y(z)=Esinhexp(jUyz)(3)图1压力法测量原理图到达Z=Z1后,根据点耦合理论,且在弱耦合情况下,E1x、E1y变为:E2x=E1
5、x(z1)+κE1y(z1)(4)E2y=E1y(z1)+κE1x(z1)(5)到达输入端后,这两个分量分别成为:E3x=E2xexp(jUx(L-z1))(6)E3y=E2yexp(jUy(L-z1))(7)式中,L为光纤总长.经检偏器A到达光探测器D的强度为22I=
6、Eθ
7、=E3xcosθ+E3ysinθ
8、(8)2将(2)-(7)式代入http://journal.szu.edu.cn(8)式,并略去含κ项,得到:1212I=E(1+cos2θcos2h)+Esin2θsin2hcos[(Uy22
9、2-Uy)L]+кEcos2θsin2hsin[(Ux-Uy)z1]2-κEsin2θcos2hsin[(Ux-Uy)(z1-L)](9)当输入角h=0时,I成为:222I=Ecosθ+кEsinθsin[(Ux-Uy)(z1-L)](10)得到通常的结果.根据拍长的定义,(10)式中的交流分量Z1的周期即等于拍长.当输出角θ=0时,(9)式成为:222I=Ecosθ+κEsin2hsin[(Ux-Uy)z1](11)与(10)式类似,同样可得拍长.这种方法不需要单偏振模激励,压力作用点之前部分的光纤
10、可以弯曲、扭转、夹持,给实际测量带来便利.当存在高次模干扰时,输出光强I随Z变化一周的距离仍为拍长Lb,所不同的是,变化的波形不是正弦波,而是有高次模干扰接近于正弦波的波形.实验证实了这一结论,作者采用偏轴输入(h≠0),对轴检测(θ≠0)的检测方法,弥补了以前的拍长测量法对此无能为力的缺陷,得到很好的测量效果.http://journal.szu.edu.cn62深圳大学学报(理工版)第15卷2测量系统图2为测量拍长的装置,光源用He-Ne激光器,λ/4波片的作用是使光源出射的线偏振光成为圆偏振光,
11、以便起偏器选择合适的方向.光源出射的光经起偏器P成为线偏振光,再经透镜L耦合到被测光纤的输入端,在光纤上加压力,光纤输出端的光强经检偏器A进入探头D,信号放大、A/D转换后输入计算机进行数据处理,给出测量结果.http://journal.szu.edu.cn图2测量装置图2.1光纤端面的制作及光纤与激光的耦合光纤先要剥去塑料护套或直接采用裸光纤,以便施以压力后光强变化明显.截取一段大约1m长的光纤,将输出光的端面加工成垂直于光轴的光滑平面,这样可以减少
