[發明專利]監測光纖偏振變化的方法與光路系統

有效

• 申請號: 201110226648.7
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102322958A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 肖倩;賈波;章驊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01J4/04
• 分類號: G01J4/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于光纖技術領域，具體涉及一種光纖偏振變化監測方法及光路系統。

背景技術

隨著光纖技術的發展，光纖的應用領域越來越廣，其不僅作為傳輸介質廣泛地應用于光通信，而且在傳感技術領域也發揮著越來越多、越重要的作用，特別在近年來，更有蓬勃發展的趨勢。

在理想的光纖中，光纖橫截面的形狀及折射率分布是均勻的，偏振模式是簡并的，沿著光纖傳輸光，其偏振態不會發生改變，然而在實際中，由于纖芯不可能做成完美的圓，同時，施加在光纖上的各向異性應力在彈光效應的作用下，光纖自身存在著雙折射，使得在光纖中傳輸的光的偏振特性發生變化，特別地，光纖易受到環境溫度、自身狀態的變化的影響，輸出光的偏振態具有很大的隨機性。

光纖的這種在實際應用的不完美特性，在一定程度上限制了光纖優勢的發揮，但是，光纖的偏振特性卻在一些領域中得到應用，一個典型的應用即為，在光纖周界中，監測傳感光纖的偏振變化，來判斷外界是否有侵擾行為的發生，其探測原理是利用當外界擾動引起光纖狀態發生變化，導致光纖偏振特性發生變化，導致經傳感光纖傳輸的光的偏振發生變化，通過檢測輸出光的偏振變化即可探測到光纖是否被擾動。專利US?7,693,359?B2即是一種基于檢測光纖偏振變化的光纖入侵探測技術。

對光纖偏振的檢測，通常是采用偏振器或偏振分束器等器件獲得一個偏振分量，對其進行觀察。圖1為專利US?7,693,359?B2中提及的一種方案，偏振光源1從被監測光纖2（傳感光纖）的一端注入，被監測光纖2的另一端輸出的光注入到偏振器3，偏振器3輸出的光用接收器4進行檢測。在這個方案中，通過偏振器3的作用，獲得了隨偏振變化而變化的光強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡便易行，且成本較低的監測光纖偏振變化的方法與光路系統。

本發明提出的監測光纖偏振變化的方法，利用光纖自身固有偏振的特性，構建光纖干涉光路，通過對干涉光強的檢測來監測被監測光纖偏振的變化。本發明適用于引起光纖偏振變化的物理量的監測。

本發明方法的具體步驟為：首先，采用完全偏振或部分偏振光源，利用光纖耦合器構造干涉光路；然后，將被監測光纖連接在干涉光路的光輸入路徑上；最后，檢測干涉光強，從干涉光強的變化獲得被監測光纖的偏振變化。

本發明利用光纖耦合器構成監測光纖偏振變化的光路系統。具體光路如圖2所示，包括：被監測光纖6，光源7，偏振檢測組件8；偏振檢測組件8由光纖耦合器5構成，5a1、5a2、…、5aN、5b1、5b2為光纖耦合器5的端口，5a1、5a2、…、5aN?為同向端口（共N個），5b1和5b2為同向端口；7a為光源7的端口。被監測光纖6接在光源7的傳輸路徑上，光源7輸出的光經被監測光纖6傳輸后，經端口5a1輸入到偏振檢測組件8中，偏振檢測組件8中的光纖耦合器5的端口5b1與5b2相連接，構成干涉光路，從端口5a2、…、5aN可得到干涉光強，用于偏振檢測。?

被監測光纖6接入光源傳輸路徑的方法可如圖3所示，即將被監測光纖6直接串接在光源7（端口7a）與端口5a之間。圖4則為又一種被監測光纖6的接入方式。即通過光纖耦合器9和反射裝置10（如帶尾纖的反射鏡）接入；設9a1、9a2、5b1為光纖耦合器9的端口，9a1、9a2為同向端口，9b1為另一方向端口；光源7的端口與耦合器的端口9a1相連；被監測光纖6的一端與端口9b1相連，另一端與一反射裝置10相連；端口9a2與端口5a1相連，光的傳輸路徑為：

7a→9a1→9b1→被監測光纖6→反射裝置10→被監測光纖6→9b1→9a2→5a1。

本發明的工作原理分析如下。

設從端口5a1處輸入的光為????????????????????????????????????????????????，“T”表示轉置；由于光纖實際應用的光纖可以看作具有一定雙折射的器件，可設從端口5b1到5b2間的傳輸矩陣為瓊斯矩陣J，忽略這段光纖的傳輸損耗，不影響偏振分析結果，J可表示為：

???????????????????????????（1）

其中，，為的元素，“*”表示共軛。則從端口5aM（M=1,?2,?…）輸出的光為以下兩路光的干涉：

5a1→5b1→5b2→5aM，5a1→5b2→5b1→5aM??（M?=1,?2,?…）

輸出矢量為：

（M=1,?2,?…）????（2）

其中，，分別為從光輸入端口5a1經順時針和逆時針方向從端口5aM（M