[發明專利]一種利用單模光纖作為延時線的光纖消偏器

有效

• 申請號: 201210593866.9
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103018836A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 唐才杰;王巍;王學鋒;崔留住;姚鍇
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 褚鵬蛟

所屬技術領域

本發明涉及一種光纖消偏器，特別是一種利用單模光纖作為延時線的光纖消偏器。

背景技術

在光纖干涉測量中，干涉信號的對比度受光波偏振態的影響；當發生干涉的兩個光束的偏振方向保持一致時，干涉信號的對比度最大；當發生干涉的兩個光束的偏振方向垂直時，干涉信號的對比度為零。

為了保證干涉信號具有高的對比度，可以采用保偏光纖和保偏光學器件構成全保偏的光路，使發生干涉的兩束光具有相同的偏振態，如保偏光纖陀螺和保偏光纖水聽器。雖然采用保偏光路可以獲得良好的干涉信號，有利于實現高精度干涉測量，并獲得了成功的應用；但是保偏光纖和保偏光學器件的成本較高，在對成本敏感的民用領域仍然較多地采用普通單模光纖構成的干涉儀進行干涉測量。

在采用單模光纖構成的干涉儀進行干涉測量時，由于單模光纖的雙折射以及雙折射的隨機變化，導致兩束干涉光的偏振態隨機變化、干涉信號的對比度不穩定、測量精度下降。為了使普通單模光纖構成的干涉儀具有穩定的干涉信號，可以采用偏振無關的光路方案或消偏光源的方案。其中偏振無關的光路方案適用于邁克爾遜干涉儀，通過法拉第旋轉反射鏡補償光纖雙折射的影響；由單模光纖構成的薩格納克或馬赫-澤德爾干涉儀，以及基于布里淵散射效應的分布式光纖傳感器，需要采用消偏器對光波進行消偏，使光波隨機地均勻分布在所有可能的偏振態，從而使干涉信號保持一定的對比度。

光纖消偏器的典型方案包括Lyot光纖消偏器和基于延時線的光纖消偏器。Lyot光纖消偏器如圖1所示，由2段或3段保偏光纖級聯而成(見發明專利申請《一種雙偏振光保偏光纖消偏器》，申請號200910092743.5)，依次熔接長度為l₁的保偏光纖、長度為l₂的保偏光纖和長度為l₃的保偏光纖，且后一段保偏光纖的雙折射主軸依次與相鄰前一段保偏光纖的雙折射主軸成45°夾角；其中l₃＝4l₁、l₂＝2l₁、Δn_bl₁≥L_dc，Δn_b為保偏光纖兩主軸的折射率之差，L_dc為光源的去相干長度。其中是光源光譜的平均波長，Δλ_FWHM是光源光譜的半峰全寬。由于保偏光纖兩主軸的折射率之差較小，對于譜寬較窄的光源，需要很長的保偏光纖；所以Lyot光纖消偏器僅適用于對超輻射發光二極管、摻鉺光纖光源等寬譜光源進行消偏。

對于DFB激光器、外腔式激光器或光纖激光器，光源的去相干長度大，通常采用基于延時線的光纖消偏器。現有的利用單模光纖作為延時線的光纖消偏器(見Silvia?Diaz，Stella?Foaleng?Mafang，Manuel?Lopez-Amo，and?Luc?Th?évenaz.A?High-Performance?Optical?Time-Domain?Brillouin?Distributed?Fiber?Sensor.IEEE?SENSORS?JOURNAL，VOL.8，NO.7，JULY?2008)如圖2所示，通過光纖耦合器2a將入射光分成沿空間不同路徑傳播的兩路光，其中一路光通過較長的延時單模光纖4從而使兩路光之間的光程差遠大于光源的去相干長度，通過光纖耦合器2b將兩路光合為一束，通過偏振控制器3使輸入光纖耦合器2b的兩路光的偏振方向相互垂直，從光纖耦合器2b輸出消偏光。現有的利用單模光纖作為延時線的光纖消偏器，溫度變化、光路扭轉、振動等因素導致單模光纖4的雙折射隨機變化，單模光纖4的輸出光的偏振態不穩定，從而使光纖消偏器難以穩定工作。采用保偏光纖作為延時線的光纖消偏器，可以獲得良好的消偏效果。但是，DFB激光器的線寬可低至幾MHz，去相干長度達數百米；外腔式激光器、光纖激光器，其線寬可低至幾十kHz或幾kHz，去相干長度達數km或數十km；導致采用保偏光纖作為延時線的光纖消偏器的成本高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對Lyot光纖消偏器不適合用于窄線寬光源的消偏，現有的單模光纖作延時線的光纖消偏器性能不穩定，以及采用保偏光纖作延時線的光纖消偏器成本高的問題，提出了一種采用單模光纖作為延時線的穩定工作的光纖消偏器。

本發明的技術方案是：