[發(fā)明專利]光纖中雙折射分布的三點(diǎn)測(cè)量法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110169836.0
• 申請(qǐng)日: 2011-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN102252831A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳重慶;尚超;李政勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 周淑娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信和光纖傳感中光纖參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖中雙折射分布的三點(diǎn)測(cè)量法。

背景技術(shù)

光纖通信和光纖傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，使光纖線路監(jiān)測(cè)和利用測(cè)量光纖參數(shù)來(lái)探測(cè)外界環(huán)境變化成為一種非常重要的技術(shù)。偏振特性是光的基本特性之一。光在光纖中的傳輸時(shí)，受光纖自身參數(shù)(固有雙折射、模耦合和偏振模色散等)的影響，以及外界環(huán)境導(dǎo)致的彎曲、扭絞以及應(yīng)力變化等，都會(huì)改變光的偏振態(tài)。因此，監(jiān)測(cè)光纖中偏振態(tài)的分布，既可以獲得光纖參數(shù)的變化信息，又可以獲得外界環(huán)境的變化信息。利用短脈沖光在光纖中的背向瑞利散射來(lái)監(jiān)測(cè)偏振態(tài)沿著光纖長(zhǎng)度的變化，并進(jìn)而求出光纖參數(shù)或者環(huán)境參數(shù)的變化，稱為偏振敏感的光時(shí)域反射技術(shù)。

偏振敏感的光時(shí)域反射技術(shù)由A.J.Rogers在1981年提出，其優(yōu)點(diǎn)在于：①非破壞性：不會(huì)對(duì)光纖造成破壞，也不會(huì)影響光的正向傳輸；②單端測(cè)量；光源和檢測(cè)器處在光纖的同一端，便可對(duì)長(zhǎng)距離光纖的遠(yuǎn)端進(jìn)行測(cè)量。目前主要有以下方法：

1.由J.G.Ellison等人于1998年提出的采用旋轉(zhuǎn)波片和起偏器的偏振敏感的光時(shí)域反射技術(shù)(如圖1所示)。該裝置由脈沖發(fā)生器1與激光器2組成一個(gè)短脈沖光信號(hào)源，經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器3放大后，到達(dá)一對(duì)自聚焦透鏡4與5組成的平行光路，在平行光路中使用可旋轉(zhuǎn)的起偏器6和波片7來(lái)改變輸入光的偏振態(tài)。這個(gè)偏振光經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡5重新進(jìn)入光纖，再經(jīng)過(guò)光纖放大器8和環(huán)行器9的91、92端口注入到被測(cè)光纖10。在被測(cè)光纖10中，光脈沖的一部分由于瑞利散射而反射回到環(huán)行器9，然后經(jīng)由環(huán)行器9的92、93端口到達(dá)光纖放大器11。放大后的反射信號(hào)到達(dá)四路偏振分析儀12，四路偏振分析儀輸出的信號(hào)由四路光接收機(jī)13轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后送往數(shù)字示波器14，同時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器1向四路示波器14輸出一個(gè)同步觸發(fā)脈沖，以保證反射信號(hào)與輸入信號(hào)同步。從數(shù)字示波器14顯示的反射波曲線，就可以獲得偏振態(tài)分布的信息。可以看出，這套系統(tǒng)中的平行光路與旋轉(zhuǎn)偏振器以及能夠同時(shí)檢測(cè)四路輸入的偏振分析儀12是關(guān)鍵部件，而這些部件的調(diào)整往往是非常困難的。

2.由Marc?Wulipart等人于2001年提出的采用旋轉(zhuǎn)起偏器的偏振敏感光時(shí)域反射技術(shù)(如圖2所示)。圖中，由光時(shí)域反射計(jì)21產(chǎn)生一個(gè)光脈沖，這個(gè)光脈沖經(jīng)過(guò)環(huán)行器22、衰耗器23和探測(cè)器24轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。這個(gè)電信號(hào)去控制脈沖發(fā)生器25，激光器26，光纖放大器27以及聲光調(diào)制器28，它們共同組成了一個(gè)新的短脈沖光信號(hào)源。這樣做的目的在于將光時(shí)域反射計(jì)21產(chǎn)生的多譜線的光脈沖轉(zhuǎn)化為單一譜線的具有良好相干性的光脈沖，并實(shí)現(xiàn)同步。新的短脈沖光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振控制器29對(duì)其偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后經(jīng)過(guò)環(huán)行器30到達(dá)由自聚焦透鏡31與32組成的平行光路，在平行光路中，插入可旋轉(zhuǎn)的起偏器33，進(jìn)一步調(diào)節(jié)注入光的偏振態(tài)，然后注入到被測(cè)光纖34。在光纖中，瑞利散射將注入的光脈沖的一部分反射回來(lái)，重新回到平行光路和起偏器33(此時(shí)起偏器33充當(dāng)檢偏器)。經(jīng)過(guò)檢偏后的光重新到達(dá)環(huán)行器30，再轉(zhuǎn)到環(huán)行器22，返回到光時(shí)域反射計(jì)15，完成測(cè)量。

3.吳重慶與楊雙收等人于2008年提出了一種利用壓電陶瓷偏振控制器實(shí)現(xiàn)的偏振敏感光時(shí)域反射技術(shù)的方法，專利申請(qǐng)?zhí)枺?008101187823，如圖3所示。它由激光器41、可編程信號(hào)發(fā)生器42、外調(diào)制器43、摻鉺光纖放大器44共同組成一個(gè)短脈沖光信號(hào)源。激光器41發(fā)出直流光，經(jīng)過(guò)外調(diào)制器43在可編程信號(hào)發(fā)生器42的電信號(hào)控制下對(duì)從激光器41輸入的直流光進(jìn)行調(diào)制，輸出一個(gè)光脈沖。這個(gè)光脈沖進(jìn)入摻鉺光纖放大器44進(jìn)行放大，然后經(jīng)過(guò)光纖環(huán)行器45的1、2端口進(jìn)入光纖偏振器46，使光保持為線偏振態(tài)，并輸出給壓電陶瓷偏振控制器47。進(jìn)入壓電陶瓷偏振控制器47的光脈沖，其輸出偏振態(tài)隨著壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓的改變而變化，然后進(jìn)入被測(cè)光纖50，產(chǎn)生背向散射光。被測(cè)光纖中的背向散射光反向傳輸，先經(jīng)過(guò)壓電陶瓷偏振控制器47和光纖偏振器46，然后經(jīng)過(guò)環(huán)行器45的2、3端口進(jìn)入探測(cè)器48，探測(cè)器48將接收到的背向散射光信號(hào)變換成為電信號(hào)，并被到計(jì)算機(jī)49的數(shù)據(jù)采集卡采集和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得到光纖參數(shù)或者環(huán)境參數(shù)的變化。

該專利提出的計(jì)算光纖參數(shù)的算法如下：

經(jīng)背向瑞利散射返回到輸入端的偏振態(tài)和注入到被測(cè)光纖的偏振態(tài)滿足如下關(guān)系：