專利名稱：全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)系統(tǒng)領(lǐng)域。具體地說是一種用于光信號(hào)處理、激光器輸出激光偏 振特性分析或偏振保持光纖偏振特性測(cè)試的全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的光學(xué)自動(dòng)偏振分析系統(tǒng)產(chǎn)品中所使用的起偏或檢偏裝置都是利用機(jī)械裝 置旋轉(zhuǎn)起偏器、檢偏器或波片來實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光偏振特性分析的結(jié)構(gòu)。對(duì)于自動(dòng)偏振分析系 統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn)起偏器、檢偏器或波片的部件由步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)配合角度分辨裝置來實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于手動(dòng)偏振分析系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn)起偏器、檢偏器或波片的部件由手動(dòng)旋轉(zhuǎn)配合固定角度分 辨盤來實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)一方面必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)起偏器、檢偏器或波片的旋轉(zhuǎn)軸共軸，否則在起 偏器、檢偏器或波片旋轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)軸錯(cuò)位將使通過其光斑畫圓，從而導(dǎo)致輸出光強(qiáng)不再 與起偏器主軸和檢偏器主軸方向的夾角成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)的失真。另一 方面，光路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越精密，同時(shí)還要講究結(jié)構(gòu)簡約和成本低廉。由于轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)穩(wěn)定 性較差，以及構(gòu)造過于復(fù)雜等特點(diǎn)，不利于系統(tǒng)的實(shí)用化和集成化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用改變與起 偏器及檢偏器共軸的磁旋光晶體軸向上所施加的磁場的大小對(duì)通過其中的偏振光的偏振 方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，讀取360°旋轉(zhuǎn)角中檢偏器輸出光的兩個(gè)最大值和最小值，并計(jì)算得出被測(cè) 光纖的偏振特性參數(shù)。由此避免了機(jī)械旋光裝置的非同軸測(cè)量誤差，大大提高了測(cè)量精度。本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明包括偏振光產(chǎn)生裝置和檢偏裝置兩部分，偏 振光產(chǎn)生裝置和檢偏裝置通過待測(cè)光纖001相連接，所述偏振光產(chǎn)生裝置包括激光器101、 第一光纖適配器102、第一自聚焦透鏡103、第一磁旋光裝置、起偏器106、第二磁旋光裝置、 第二自聚焦透鏡109、第二光纖適配器110、第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器111、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器 112和第一計(jì)算機(jī)113，所述第一磁旋光裝置和第二磁旋光裝置均由電磁線圈和設(shè)置在線 圈內(nèi)部的晶體組成，其中激光器101輸出的激光依次經(jīng)過第一光纖適配器102、第一自聚 焦透鏡103后轉(zhuǎn)換成平行光，平行光通過第一磁旋光裝置中的晶體，第一磁旋光裝置調(diào)整 其出射光的主偏振軸方向與起偏器106的偏振主軸方向一致，通過第一磁旋光裝置中晶體 的出射光經(jīng)過起偏器106后輸出線偏振光，線偏振光依次通過第二磁旋光裝置中的晶體、 第二自聚焦透鏡109和第二光纖適配器110后輸入給檢偏裝置，第二磁旋光裝置中的晶體 的出射線偏光的偏振方向與外接的待測(cè)光纖001雙折射主軸方向保持一致。所述第一計(jì)算 機(jī)113通過控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器111來調(diào)節(jié)第一磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn) 而控制第一磁旋光裝置輸出光方向，第一計(jì)算機(jī)113通過控制第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器112來 調(diào)節(jié)第二磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第二磁旋光裝置輸出光方向。所述檢偏裝置包括第三光纖適配器201、第三自聚焦透鏡202、第三磁旋光裝置、 第一檢偏器205第三自聚焦透鏡206、第一光電探測(cè)器207、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器208、計(jì)算機(jī)209和數(shù)據(jù)采集卡210，所述第三磁旋光裝置由電磁線圈和設(shè)置在線圈內(nèi)部的晶體組成， 其中偏振光產(chǎn)生裝置的輸出光依次經(jīng)過第三光纖適配器201、第三自聚焦透鏡202后被轉(zhuǎn) 變成平行光，平行光依次經(jīng)過第三磁旋光裝置、檢偏器205后被第一光電探測(cè)器207接收， 第一光電探測(cè)器207將每個(gè)偏轉(zhuǎn)角度下出射光在檢偏器205的偏振主軸上的光強(qiáng)分量轉(zhuǎn)變 為電信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)采集卡210傳送給第二計(jì)算機(jī)209，第二計(jì)算機(jī)209對(duì)其進(jìn)行處理得 到入射光的主偏振方向。所述第二計(jì)算機(jī)209通過控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器208來調(diào)節(jié)第 三磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第三磁旋光裝置輸出光方向。所述檢偏裝置包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的第四光纖適配器301、第五自聚焦 透鏡302、第四磁旋光裝置、1/4玻片305、第五磁旋光裝置、第二檢偏器308、第六自聚焦透 鏡309和第二光電探測(cè)器310，第二光電探測(cè)器310的輸出端通過數(shù)據(jù)采集卡313與第三計(jì) 算機(jī)314相連，所述第三計(jì)算機(jī)314通過控制第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器311來調(diào)節(jié)第四磁旋光 裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第四磁旋光裝置輸出光方向；所述第三計(jì)算機(jī)314通 過控制第五驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器312來調(diào)節(jié)第五磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制 第五磁旋光裝置輸出光方向。所述各磁旋光裝置均有一個(gè)電磁線圈和設(shè)置在電磁線圈內(nèi)部的YIG晶體組成，電 磁線圈與YIG晶體同軸布置。所述上述各磁旋光裝置均由一 YIG晶體和四個(gè)電磁線圈組成，四個(gè)電磁線圈對(duì)稱 分布于YIG晶體的上、下、前、后四個(gè)方向，并且四個(gè)電磁線圈所圍形狀的軸線與YIG晶體軸
線重合。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，為了適用于輸出具有一定消光比的部分偏振光的激光器作 為光源，本發(fā)明在起偏器的輸入端使用了一個(gè)磁旋光裝置。這個(gè)磁旋光裝置與位于起偏器 與檢偏器之間的磁旋光裝置在構(gòu)成上完全一致。激光器輸出的部分偏振光經(jīng)自聚焦透鏡變 成平行光后，入射到第一個(gè)磁旋光晶體中，通過調(diào)節(jié)其電磁線圈中流過的電流大小，使輸出 的部分偏振光的偏振主軸方向?qū)?zhǔn)起偏器的偏振主軸，從而使起偏器輸出的線偏振光強(qiáng)度 達(dá)到最大，由此可提高系統(tǒng)測(cè)試的分辨率和檢測(cè)精度。


圖1 (a)為磁旋光裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖1 (b)為磁旋光裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖1 (c)為新型全自動(dòng)光偏振特性分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)為新型全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)線偏振光產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 (b)為新型全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)檢偏裝置實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(c)為新型全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)檢偏裝置實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；以上示意圖中實(shí)線為光路部分，虛線為電路部分。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明利用基于YIG晶體的法拉第效應(yīng)的磁旋光部件，對(duì)入射光進(jìn)行無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)式旋轉(zhuǎn)，將YIG晶體磁旋光部件置于起偏器或檢偏器之前，通過給電磁線圈施加變化的驅(qū) 動(dòng)電壓信號(hào)，從而在起偏器或檢偏器之后得到以相同變化規(guī)律的輸出線偏振光。通過YIG 晶體的磁旋光部件能夠?qū)崿F(xiàn)輸出線偏振光偏振方向與待測(cè)系統(tǒng)輸入端的偏振主軸主動(dòng)對(duì) 齊。對(duì)待測(cè)系統(tǒng)的分析采用線偏振光輸入端，檢測(cè)輸出端偏振態(tài)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如圖Ic所示，包括偏振光產(chǎn)生裝置和檢偏裝置兩部分，偏振光 產(chǎn)生裝置和檢偏裝置通過待測(cè)光纖001相連接。如圖加所示，偏振光產(chǎn)生裝置包括激光 器101、第一光纖適配器102、第一自聚焦透鏡103、第一磁旋光裝置、起偏器106、第二磁旋 光裝置、第二自聚焦透鏡109、第二光纖適配器110、第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器111、第二驅(qū)動(dòng)信 號(hào)合成器112和第一計(jì)算機(jī)113，第一磁旋光裝置和第二磁旋光裝置均由電磁線圈和設(shè)置 在線圈內(nèi)部的晶體組成。其中激光器101輸出的激光依次經(jīng)過第一光纖適配器102、第一 自聚焦透鏡103后轉(zhuǎn)換成平行光，平行光通過第一磁旋光裝置中的晶體，第一磁旋光裝置 調(diào)整其出射光的主偏振軸方向與起偏器106的偏振主軸方向一致，通過第一磁旋光裝置中 晶體的出射光經(jīng)過起偏器106后輸出線偏振光，線偏振光依次通過第二磁旋光裝置中的晶 體、第二自聚焦透鏡109和第二光纖適配器110后輸入給檢偏裝置，第二磁旋光裝置中的晶 體的出射線偏光的偏振方向與外接的待測(cè)光纖001雙折射主軸方向保持一致。第一計(jì)算機(jī) 113通過控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器111來調(diào)節(jié)第一磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而 控制第一磁旋光裝置輸出光方向，第一計(jì)算機(jī)113通過控制第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器112來調(diào) 節(jié)第二磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第二磁旋光裝置輸出光方向。如圖2b所示，檢偏裝置包括第三光纖適配器201、第三自聚焦透鏡202、第三磁旋 光裝置、第一檢偏器205第三自聚焦透鏡206、第一光電探測(cè)器207、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器 208、計(jì)算機(jī)209和數(shù)據(jù)采集卡210，第三磁旋光裝置由電磁線圈和設(shè)置在線圈內(nèi)部的晶體 組成。其中偏振光產(chǎn)生裝置的輸出光依次經(jīng)過第三光纖適配器201、第三自聚焦透鏡202 后被轉(zhuǎn)變成平行光，平行光依次經(jīng)過第三磁旋光裝置、檢偏器205后被第一光電探測(cè)器207 接收，第一光電探測(cè)器207將每個(gè)偏轉(zhuǎn)角度下出射光在檢偏器205的偏振主軸上的光強(qiáng)分 量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并通過數(shù)據(jù)采集卡210傳送給第二計(jì)算機(jī)209，第二計(jì)算機(jī)209對(duì)其進(jìn)行 處理得到入射光的主偏振方向。第二計(jì)算機(jī)209通過控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器208來調(diào)節(jié) 第三磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第三磁旋光裝置輸出光方向。如圖2c所示，檢偏裝置包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的第四光纖適配器301、第 五自聚焦透鏡302、第四磁旋光裝置、1/4玻片305、第五磁旋光裝置、第二檢偏器308、第六 自聚焦透鏡309和第二光電探測(cè)器310，第二光電探測(cè)器310的輸出端通過數(shù)據(jù)采集卡313 與第三計(jì)算機(jī)314相連，第三計(jì)算機(jī)314通過控制第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器311來調(diào)節(jié)第四磁 旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第四磁旋光裝置輸出光方向。第三計(jì)算機(jī)314通 過控制第五驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器312來調(diào)節(jié)第五磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制 第五磁旋光裝置輸出光方向。外部電磁線圈布置方式可以采用單螺線管內(nèi)置式，或者帶有恒定飽和偏置磁場的 外置式。通過給磁旋光部件中的電磁線圈施加變化的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，在檢偏器之后得到光 強(qiáng)以相同規(guī)律變化的輸出光。通過光電探測(cè)器實(shí)時(shí)測(cè)量不同信號(hào)電壓下輸出光強(qiáng)的變化， 從而判斷出待測(cè)光場的主要偏振態(tài)和正交偏振態(tài)間的對(duì)比度，以及分析出待測(cè)系統(tǒng)正交偏 振態(tài)的串?dāng)_情況。
該系統(tǒng)通過改變控制線圈中流過的直流電流來調(diào)節(jié)線圈中產(chǎn)生的磁場，進(jìn)而改變 磁旋光晶體軸向上作用的磁場強(qiáng)度，由此控制通過磁旋光晶體軸向的偏振光的偏振方向的 變化。這種變化通過檢偏器后即可變成輸出光的強(qiáng)度變化。在這種偏振分析系統(tǒng)中無任何 機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，測(cè)試精度高，重復(fù)性好。將磁旋光晶體置于由電磁線圈產(chǎn)生的磁場中，其位置固定，光軸與分別位于其前 后的起偏器與檢偏器的光軸共軸。磁旋光晶體出射光偏振方向與入射光偏振方向的夾角由 電磁線圈中流過的直流電流所產(chǎn)生的作用于磁旋光晶體光軸方向上的磁場強(qiáng)度大小決定。 通過起偏器、磁旋光晶體和檢偏器的光線為由自聚焦透鏡產(chǎn)生的平行光。磁旋光裝置是應(yīng) 用法拉第旋光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)旋光功能的裝置。當(dāng)入射的線偏振光在有外加磁場作用的磁旋光晶 體中傳播時(shí)，其偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。相對(duì)于入射的線偏振光，出射線偏振光偏振方向旋轉(zhuǎn)的 角度θ可表示為θ =VHL(1)(1)式中，H表示外加磁場作用在磁旋光晶體主軸方向上的磁場強(qiáng)度，L表示光在 磁旋光晶體內(nèi)傳播的距離，V表示費(fèi)爾德常數(shù)，它與磁旋光晶體的性質(zhì)、溫度以及光的頻率 (波長)等參數(shù)有關(guān)。本發(fā)明中的磁旋光裝置主要由YIG晶體和電磁線圈構(gòu)成。根據(jù)YIG晶體的磁旋光 特性參數(shù)設(shè)計(jì)電磁線圈的截面大小和匝數(shù)，以及外置電流源的最大偏置電流，其強(qiáng)度足以 使晶體飽和磁化，即最大θ >2π。利用這一原理，可以獲得任意偏振面方向的出射光。電 磁線圈的形狀和YIG晶體的放置方式可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成二種結(jié)構(gòu)。一種結(jié)構(gòu)如圖Ia所示，由YIG晶體107和電磁線圈108組成。電磁線圈108由漆 包線纏繞在聚四氟乙烯管外壁上構(gòu)成，YIG晶體107放置于聚四氟乙烯管內(nèi)部正中，其軸線 與電磁線圈軸線同軸。工作時(shí)，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器112產(chǎn)生的直流電流流過電磁線圈108 就會(huì)感生出沿YIG晶體107軸向的磁場。入射的線偏振光沿YIG晶體107的光軸通過YIG 晶體107時(shí)，根據(jù)法拉第效應(yīng)，其偏振方向會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角θ可由式(1)表示。另一種結(jié)構(gòu)如圖Ib所示，由以下六個(gè)部件構(gòu)成YIG晶體、電磁線圈1、電磁線圈 2、電磁線圈3和電磁線圈4構(gòu)成。結(jié)構(gòu)為，YIG晶體放置于橫截面為正方形的聚四氟乙烯方 管內(nèi)部正中，電磁線圈1、3、2、4對(duì)稱分布于方管的上、下、前、后四面。為了使作用于YIG晶 體上的磁場獲得加強(qiáng)，將電磁線圈1、2、3、4繞制連成一體。工作時(shí)，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器產(chǎn) 生的直流電流順序流過級(jí)聯(lián)的電磁線圈1、2、3、4，感生出沿YIG晶體107軸向的合成磁場。 入射的線偏振光沿YIG晶體107的光軸通過YIG晶體107時(shí)，根據(jù)法拉第效應(yīng)，其偏振方向 會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角θ可由式(1)表示。全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖Ic所示，系統(tǒng)可分為線偏光輸出裝置和 檢偏裝置兩部分。實(shí)施例1圖加所示為系統(tǒng)線偏振光輸出裝置實(shí)施例。激光器101輸入的激光經(jīng)過光纖適 配器102以及自聚焦透鏡103后轉(zhuǎn)換成平行光，然后再通過YIG晶體104。根據(jù)法拉第效應(yīng) 調(diào)整出射光的主偏振軸方向，使之與起偏器106的偏振主軸方向一致。為實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)光纖 偏振特性參數(shù)的全自動(dòng)測(cè)量，使經(jīng)過起偏器106后的線偏振光通過YIG晶體107、自聚焦透 鏡109和光纖適配器110后與待測(cè)光纖系統(tǒng)相連。通過調(diào)整電磁線圈108上流過的直流電 流，調(diào)整YIG晶體107出射線偏光的偏振方向，使之與外接的待測(cè)光纖雙折射主軸方向保持一致。上述一系列旋轉(zhuǎn)偏振光的操作都是由計(jì)算機(jī)113通過控制線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器111、 112，分別調(diào)節(jié)電磁線圈105和108上流過的電流大小來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制的，由此避免了機(jī)械 式調(diào)整帶來的對(duì)軸誤差。圖2b所示為系統(tǒng)的一種檢偏裝置實(shí)施例。該裝置由以下部件組成輸入端的光 纖適配器201和兩端的自聚焦透鏡202、206，YIG晶體203，電磁線圈204，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器 208，檢偏器205，光電探測(cè)器207，數(shù)據(jù)采集卡210，計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)209。入射光經(jīng)過光纖 適配器201和自聚焦透鏡202被轉(zhuǎn)變成平行光，通過將YIG晶體203置于變化的磁場中，利 用光電探測(cè)器207將每個(gè)偏轉(zhuǎn)角度下出射光在檢偏器205的偏振主軸上的光強(qiáng)分量轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào)，從而可以得知入射光的主偏振方向。由工作原理可知，該電信號(hào)強(qiáng)度變化曲線應(yīng)有 兩個(gè)極大值和兩個(gè)極小值，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)主偏振方向xy，從而在計(jì)算機(jī)209上根據(jù)掃場電 信號(hào)變化曲線可以分析出輸入光的偏振特性，其消光比n可由式( 表示
V1 _ Λ f\ \rri ^maxl +^max 2、rI _,+A 7 )^、
LJ-^mm 1 ^-^min 2I )\式中EmaXl、EmaX2分別為輸入檢偏器的線偏振光偏振方向旋轉(zhuǎn)360°范圍內(nèi)從光 電探測(cè)器207所得到的電信號(hào)的兩個(gè)最大值，EminU Emin2分別為輸入檢偏器的線偏振光 偏振方向旋轉(zhuǎn)360°范圍內(nèi)從光電探測(cè)器207所得到的電信號(hào)的兩個(gè)最小值。本實(shí)施例中的各磁旋光裝置可以選用圖Ia和圖Ib兩種結(jié)構(gòu)中的任意一種，各旋 光裝置的結(jié)構(gòu)可以相同，也可以不同。實(shí)施例2實(shí)施例2中的偏振光產(chǎn)生裝置與實(shí)施例1相同，但檢偏裝置的結(jié)構(gòu)不同。圖2c為 本實(shí)施例中的檢偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例加入1個(gè)1/4玻片，并利用磁旋光裝置分別調(diào) 整玻片主軸與檢偏器檢偏方向夾角成0°和45°，測(cè)量這兩種狀態(tài)下輸出光強(qiáng)變化情況， 分析出入射光的完整偏振信息。該裝置由以下部件構(gòu)成輸入端的光纖適配器301和兩端自聚焦透鏡302、309， YIG晶體303,306,電磁線圈304、307，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器311,312,1/4玻片305，檢偏器308， 光電探測(cè)器310，數(shù)據(jù)采集卡313，計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)314。首先調(diào)節(jié)YIG晶體306上所施加的直流電壓，使得1/4玻片305的光軸經(jīng)過一定 角度旋轉(zhuǎn)后與檢偏器308的ο光偏振方向一致。當(dāng)入射光經(jīng)過光纖適配器301和自聚焦透 鏡302被轉(zhuǎn)變成平行光進(jìn)入系統(tǒng)，YIG晶體303在掃場驅(qū)動(dòng)電壓下使得入射光偏振面旋轉(zhuǎn) 360°，通過光電探測(cè)器可以測(cè)得兩個(gè)極大值和極小值電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)入射光兩個(gè)主偏振 分量(χ禾Py)上的功率PtlK ExI2^P1Oc |Ey|2，同時(shí)記錄與χ方向夾角為45°方向上的功 率己~ (|Ex|2+|Ey|2+2|Ex| |Ey|C0SS)/2，式中 δ 為 Ey 與艮的相位差。然后調(diào)節(jié)YIG晶體306上所施加的直流電壓，使得1/4玻片305的光軸經(jīng)過一定 角度旋轉(zhuǎn)后與檢偏器308的ο光偏振方向夾角45°。當(dāng)入射光經(jīng)過光纖適配器301和自聚 焦透鏡302被轉(zhuǎn)變成平行光進(jìn)入系統(tǒng)，YIG晶體303在掃場驅(qū)動(dòng)電壓下使得入射光偏振方 向旋轉(zhuǎn)360°，通過光電探測(cè)器可以測(cè)得當(dāng)入射光的y方向偏振光與1/4玻片305光軸平行 時(shí)的光功率 P3K [|Ex|2+|Ey|2+2|Ex| |Ey|COS(S + ji/2)]/2。根據(jù)Stoke參數(shù)的表達(dá)形式S0 = |Ex|2+|Ey|2(3)
S1 = I Ex 12_ I Ey 12S2 = 2 I Ex I |Ey|cos δS3 = 2 I Ex I I Ey I sin δ可得 = Pc^P1 (7)S1 = P0-P1S2 = ZP2-P0-P1S, = 2P,-P0-P,
⑷
(5)
(6)
⑶⑶§P0、PI、P2、P3分別表示入射光χ偏振方向上的光功率、入射光y偏振方向上的光 功率、與X方向夾角為45°方向上的光功率、入射光的y方向偏振光與1/4玻片305光軸平 行時(shí)的光功率。由此可以測(cè)得入射光的完整偏振信息，本發(fā)明利用磁旋光晶體完成全部旋光操 作，且以上計(jì)算均由計(jì)算機(jī)314分析光電探測(cè)器310的測(cè)量數(shù)據(jù)給出，實(shí)現(xiàn)了偏振分析系統(tǒng) 全自動(dòng)無機(jī)械旋轉(zhuǎn)的精確控制。本實(shí)施例中的各磁旋光裝置可以選用圖Ia和圖Ib兩種結(jié)構(gòu)中的任意一種，各旋 光裝置的結(jié)構(gòu)可以相同，也可以不同。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，本文中 應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫 助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思 想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì) 本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)，其特征在于，包括偏振光產(chǎn)生裝置和檢偏裝置 兩部分，偏振光產(chǎn)生裝置和檢偏裝置通過待測(cè)光纖(001)相連接，所述偏振光產(chǎn)生裝置包 括激光器(101)、第一光纖適配器(102)、第一自聚焦透鏡(103)、第一磁旋光裝置、起偏器 (106)、第二磁旋光裝置、第二自聚焦透鏡(109)、第二光纖適配器(110)、第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)合 成器(111)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器(11 和第一計(jì)算機(jī)(113)，所述第一磁旋光裝置和第二 磁旋光裝置均由電磁線圈和設(shè)置在線圈內(nèi)部的晶體組成，其中激光器(101)輸出的激光 依次經(jīng)過第一光纖適配器(102)、第一自聚焦透鏡(10 后轉(zhuǎn)換成平行光，平行光通過第 一磁旋光裝置中的晶體，第一磁旋光裝置調(diào)整其出射光的主偏振軸方向與起偏器(106)的 偏振主軸方向一致，通過第一磁旋光裝置中晶體的出射光經(jīng)過起偏器(106)后輸出線偏振 光，線偏振光依次通過第二磁旋光裝置中的晶體、第二自聚焦透鏡(109)和第二光纖適配 器(110)后輸入給檢偏裝置，第二磁旋光裝置中的晶體的出射線偏光的偏振方向與外接的 待測(cè)光纖(001)雙折射主軸方向保持一致；所述第一計(jì)算機(jī)(11 通過控制第一驅(qū)動(dòng)信號(hào) 合成器(111)來調(diào)節(jié)第一磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第一磁旋光裝置輸 出光方向，第一計(jì)算機(jī)(11 通過控制第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器(11 來調(diào)節(jié)第二磁旋光裝置 中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第二磁旋光裝置輸出光方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)，其特征在于，所述檢 偏裝置包括第三光纖適配器001)、第三自聚焦透鏡002)、第三磁旋光裝置、第一檢偏器 (205)第三自聚焦透鏡006)、第一光電探測(cè)器007)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器008)、計(jì)算 機(jī)(209)和數(shù)據(jù)采集卡010)，所述第三磁旋光裝置由電磁線圈和設(shè)置在線圈內(nèi)部的晶體 組成，其中偏振光產(chǎn)生裝置的輸出光依次經(jīng)過第三光纖適配器001)、第三自聚焦透鏡 (202)后被轉(zhuǎn)變成平行光，平行光依次經(jīng)過第三磁旋光裝置、檢偏器(20 后被第一光電探 測(cè)器(207)接收，第一光電探測(cè)器(207)將每個(gè)偏轉(zhuǎn)角度下出射光在檢偏器O05)的偏振 主軸上的光強(qiáng)分量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并通過數(shù)據(jù)采集卡(210)傳送給第二計(jì)算機(jī)009)，第二 計(jì)算機(jī)(209)對(duì)其進(jìn)行處理得到入射光的主偏振方向；所述第二計(jì)算機(jī)(209)通過控制第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器(208)來調(diào)節(jié)第三磁旋光裝置中 的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第三磁旋光裝置輸出光方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)，其特征在于，所述檢偏 裝置包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的第四光纖適配器(301)、第五自聚焦透鏡(302)、第四 磁旋光裝置、1/4玻片(305)、第五磁旋光裝置、第二檢偏器(308)、第六自聚焦透鏡(309)和 第二光電探測(cè)器(310)，第二光電探測(cè)器(310)的輸出端通過數(shù)據(jù)采集卡(31 與第三計(jì)算 機(jī)(314)相連，所述第三計(jì)算機(jī)(314)通過控制第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器(311)來調(diào)節(jié)第四磁旋光裝置中 的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第四磁旋光裝置輸出光方向；所述第三計(jì)算機(jī)(314)通過控 制第五驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成器(31 來調(diào)節(jié)第五磁旋光裝置中的電磁線圈中的電流進(jìn)而控制第 五磁旋光裝置輸出光方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系 統(tǒng)，其特征在于，所述各磁旋光裝置均有一個(gè)電磁線圈和設(shè)置在電磁線圈內(nèi)部的YIG晶體 組成，電磁線圈與YIG晶體同軸布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)，其特征在于，所述上述各磁旋光裝置均由一 YIG晶體和四個(gè)電磁線圈組成，四個(gè)電磁線 圈對(duì)稱分布于YIG晶體的上、下、前、后四個(gè)方向，并且四個(gè)電磁線圈所圍形狀的軸線與YIG 晶體軸線重合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全自動(dòng)光纖偏振特性分析系統(tǒng)，屬于信號(hào)系統(tǒng)領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括偏振光產(chǎn)生裝置和檢偏裝置兩部分，偏振光產(chǎn)生裝置包括沿光的傳播方向依次設(shè)置的激光器、第一光纖適配器、第一自聚焦透鏡、第一磁旋光裝置、起偏器、第二磁旋光裝置、第二自聚焦透鏡和第二光纖適配器。第一磁旋光裝置和第二磁旋光裝置均由電磁線圈和設(shè)置在線圈內(nèi)部的晶體組成。本發(fā)明用YIG晶體的磁致旋光特性，通過信號(hào)控制電磁線圈產(chǎn)生的磁場大小，能夠精準(zhǔn)地控制入射光的偏振面偏轉(zhuǎn)角大小，同時(shí)避免了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)可能產(chǎn)生的對(duì)軸誤差。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102121872SQ20101059761
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者馮亭, 劉鵬, 孟濤, 延鳳平, 彭萬敬, 李琦, 謝燕平, 陶沛琳 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)