[發(fā)明專利]一種寬帶光源的色散補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110242297.9
• 申請(qǐng)日: 2011-08-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102332956A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紅霞;任亞光;賈大功;劉鐵根;張以謨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/18
• 分類號(hào): H04B10/18
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力;李益書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及保偏光纖偏振耦合測(cè)試技術(shù)，尤其涉及一種由寬帶光源搭建的保偏光纖偏振耦合測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償方法，屬于高精度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

寬帶光源是指具有一定譜寬，相干長(zhǎng)度較短的低相干光源，由于光源具有較寬的譜寬，故由其搭建的干涉系統(tǒng)多稱為白光干涉系統(tǒng)。在常用的光電干涉測(cè)量系統(tǒng)中，最常用的光源是各類單模或窄頻帶的高相干激光器。在精密測(cè)量條件下系統(tǒng)可獲得納米級(jí)測(cè)量精度，但是這類測(cè)量系統(tǒng)的單值動(dòng)態(tài)范圍一般很小，只能對(duì)物理量進(jìn)行相對(duì)測(cè)量而無(wú)法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)量，如果在測(cè)量過(guò)程中光源輸出功率發(fā)生變化，被測(cè)量變化信息的測(cè)量將受到影響。同時(shí)，這類系統(tǒng)對(duì)溫度、濕度、壓力等外界環(huán)境要求苛刻，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。相比之下，采用寬帶光源的白光干涉儀則能解決其中一些難題。該干涉方法在零光程差處有一干涉主極大值能進(jìn)行待測(cè)物理量的絕對(duì)測(cè)量；對(duì)待測(cè)物理量的測(cè)量是通過(guò)檢測(cè)干涉條紋的相對(duì)差異來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)外界環(huán)境的敏感性也很低，而且對(duì)信號(hào)檢測(cè)和處理的難度也不高；具有測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大，分辨率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于寬帶光源具有較大的譜寬，當(dāng)光通過(guò)非線性色散介質(zhì)時(shí)，光波的相位將發(fā)生畸變，從而引起干涉包絡(luò)展寬，造成測(cè)量分辨率降低，故在采用寬帶光源進(jìn)行干涉測(cè)量時(shí)，與光波長(zhǎng)有關(guān)的二階色散項(xiàng)將成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。因此，對(duì)寬帶光源引起的二階色散項(xiàng)的補(bǔ)償成為提高白光干涉測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前對(duì)色散的補(bǔ)償多集中在通信技術(shù)領(lǐng)域，此外，在光學(xué)相干層析法測(cè)量中色散補(bǔ)償技術(shù)也尤為多見(jiàn)。專利200710199953提出一種色度色散補(bǔ)償光纖，通過(guò)正負(fù)色散值光纖的結(jié)合補(bǔ)償通信系統(tǒng)中光纖線路的色散。專利200710107461.9提出一種電學(xué)的方法處理采集信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意色散值的光纖進(jìn)行補(bǔ)償。專利200610052463.8提出一種光學(xué)相干層析成像中的色散補(bǔ)償方法，通過(guò)在原有的單光柵快速掃描延遲線中增加一塊與原有閃耀光柵平行放置的閃耀光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上色散補(bǔ)償方法多采用色散補(bǔ)償光纖或是電學(xué)、光學(xué)相位調(diào)制的補(bǔ)償方法，這些方法或者只能對(duì)具有固定色散值的光纖進(jìn)行補(bǔ)償，或者由于其自身的頻帶范圍有限等因素的影響，并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)超寬帶光信號(hào)的色散有效的補(bǔ)償，或者實(shí)施裝置復(fù)雜，易引入噪聲和誤差等。然而，針對(duì)低相干保偏光纖偏振耦合測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及雙折射色散值的任意性，亟需的是一種對(duì)任意色散值都能實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的補(bǔ)償方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過(guò)由寬帶光源構(gòu)建的基于邁克爾遜干涉儀的保偏光纖偏振耦合檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)干涉信號(hào)的特點(diǎn)，提出一種寬帶光源的色散補(bǔ)償方法。對(duì)系統(tǒng)使用寬帶光源時(shí)所引入的色散進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)保偏光纖對(duì)應(yīng)力、位置、溫度等的準(zhǔn)分布式傳感。

本發(fā)明提供的寬帶光源的色散補(bǔ)償方法，采用寬帶光源構(gòu)建基于邁克爾遜干涉儀的保偏光纖偏振耦合測(cè)試系統(tǒng)，由光源出射的光沿光纖某一特征軸耦合進(jìn)保偏光纖形成激發(fā)模，當(dāng)光纖某點(diǎn)受到力的作用時(shí)，激發(fā)模將有部分能量耦合到光纖另一特征軸形成耦合模。通過(guò)邁克爾遜干涉儀補(bǔ)償保偏光纖中激發(fā)模與耦合模間的光程差，并由探測(cè)器采集干涉信號(hào)，具體補(bǔ)償方法包括：

第1、將探測(cè)器采集到的原始數(shù)據(jù)通過(guò)矩形窗函數(shù)截取激發(fā)模與激發(fā)模的干涉數(shù)據(jù)I_main以及激發(fā)模與耦合模的干涉數(shù)據(jù)I_coupling；

第2、分別對(duì)第1步截取的I_main和I_coupling做希爾伯特變換并進(jìn)行高斯擬合，得到干涉信號(hào)的包絡(luò)<I>_main和<I>_coupling在1/e處寬度的比值η，測(cè)得光纖的雙折射色散系數(shù)ΔD，其中，c為真空中光速，Δλ和λ₀分別為光源光譜的譜寬和中心波長(zhǎng)，L為光纖耦合點(diǎn)距光纖出射端的距離。因?yàn)楫?dāng)存在雙折射色散時(shí)，干涉包絡(luò)在1/e處寬度將以速率展寬；

第3、由光纖的雙折射色散系數(shù)ΔD得到色散相位補(bǔ)償因子其中，ω為光波頻率，ω₀為光波的中心頻率。