一种长保偏光纤偏振特性的分段式筛选系统与方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种长保偏光纤偏振 特性的分段式筛选系统与方法，以满足光纤陀螺光纤环绕制要求。

背景技术

保偏光纤因其具有的线偏振保持能力，在光纤传感领域获得了广泛应 用。其中，光纤陀螺的光纤环是保偏光纤的一项典型应用。而光纤环绕制 选用光纤的偏振保持能力成为了决定光纤环及光纤陀螺性能的重要因素。 保偏光纤的偏振保持能力通常用采用消光比测试仪进行测试，通过偏振串 音的指标进行考核。但偏振串音只能反映一定长度光纤的整体偏振保持能 力，无法对光纤中的缺陷点和缺陷区域进行定位，也就无法对缺陷点和缺 陷区域进行剔除。白光干涉仪能够对光纤的分布式偏振耦合进行测试，能 够发现缺陷点和缺陷区域。但该设备量程有限，目前国内外最高量程约为 2.6km，无法对缠绕在光纤盘上的几千米甚至十几千米光纤进行筛选，只能 根据应用需求将特定长度的光纤从光纤盘上分纤后再逐个接入白光干涉仪 进行测试。这种情况下，如果光纤中存在缺陷区域，只能整段光纤报废， 大大提高了光纤环的绕制成本。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术量程不足对保偏光纤测试筛选的限制， 提出一种在缠绕有几千米甚至十几千米的光纤盘上直接对光纤进行分段式 筛选的方法。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种长保偏光纤 偏振特性的分段式筛选系统，该系统基于光相干域偏振检测原理进行检测 筛选。筛选系统包括光源模块、非平衡干涉仪和信号处理模块，其中：

所述光源模块包括一只宽谱超辐射发光二极管(Super Luminescent  Diode，SLD)光源和一只起偏器，其中宽谱SLD光源为快轴TE模输出，用 于为所述筛选系统提供宽谱光信号，所述起偏器尾纤与所述SLD光源尾纤 0°对轴相连，将宽谱光信号转化输出为线偏振宽谱光信号；

所述非平衡干涉仪，由第一Y波导和第二Y波导构成马赫曾德干涉仪 的基本结构，所马赫曾德干涉仪的扫描臂加入一个光程扫描装置，另外一 个臂为固定臂；光程扫描装置用于根据信号处理模块的指令对马赫曾德干 涉仪两臂的光程差进行连续调整；

方波发生电路用于产生方波信号对从第一Y波导输入的光信号进行调 制；马赫曾德干涉仪输出的光信号由探测器转化为电信号；相关检测电路 对探测器输出电信号与方波信号进行相关检测，以便提高输出信号信噪比；

所述信号处理模块用于指令所述光程扫描装置连续调整马赫曾德干涉 仪两臂的光程差，并对相关检测电路输出的信号进行数据处理。

进一步地，所述筛选系统在筛选光纤时，被测光纤盘的内侧尾纤与光 源模块尾纤以0°对轴熔接，在被测光纤中激发一个主偏振模式；从主偏振 模式耦合到正交偏振模式的光根据耦合位置的不同在光纤盘的缠绕外侧尾 端与主偏振模式产生不同的光程差；光纤盘中光纤缠绕的外侧尾纤与非平 衡干涉仪尾纤以45°对轴熔接，以使主偏振波列和耦合波列投影到同一偏振 主轴上。

按照本发明的另一方面，还提供了一种基于上述系统的长保偏光纤偏 振特性的分段式筛选方法，包括以下步骤：

(1)将缠绕有长光纤的光纤盘内侧尾纤与光源模块尾纤0°对轴熔接， 光纤盘的外侧缠绕尾纤与非平衡干涉仪的输入尾纤以45°对轴熔接；

(2)根据光纤的需求长度L和保偏光纤快慢轴的折射率差Δn确定非平 衡干涉仪两臂需产生的扫描光程差Δl＝L·Δn；

(3)通过计算机控制光程扫描装置来改变干涉仪两臂的光程差，进行 干涉仪的光程扫描；在d扫描初始位置干涉仪扫描臂的光程需小于固定臂， 以在光程扫描过程中获得宽谱光源的主干涉峰，在扫描终止位置 扫描臂光程-固定臂光程≥Δl，保证设定长度的一段光纤能够实现全程测试； 扫描过程中光程连续变化；以主干涉峰作为位置坐标零点，判断偏振耦合 点在光纤中的位置；以主干涉峰的干涉幅值作为耦合幅值的零点，来判断 光纤偏振耦合点的耦合幅值；

(4)根据应用需要判定光纤是否合格；如果在扫描范围内光纤环的偏 振耦合幅值均在合格范围之内，说明光纤盘最外端特定长度段光纤的偏振 保持能力满足要求；将光纤盘的尾纤与测试系统尾纤打断，将光纤盘放至 分纤机分纤后用于绕环；分纤后的光纤盘按第(1)条的要求重新接入测试 系统进行下一段光纤的筛选测试；

(5)如光纤中存在不合格点，则根据不合格点与主干涉峰的最大光程 差计算不合格点离光纤盘外侧尾端的距离；设不合格点对应的干涉仪光程 差为l_i，则不合格点离光纤盘外侧尾纤端点的距离为L_i＝l_i/Δn；将光纤盘的 尾纤与测试系统尾纤打断，将光纤盘放至分纤机，从外侧尾端开始将长度 为L_i的光纤分纤去除；如光纤中存在不合格区域，则以光程差最大的不合格 点确定剔除光纤的长度；去除不合格点或不合格区域的光纤盘按第(1)条 中的要求重新接入测试系统进行下一段光纤的筛选测试；

(6)通过逐级分段测试完成对整个光纤盘长光纤的筛选测试。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本筛选系统采用Y波导搭建非平衡干涉仪。通过将被测光纤的外 侧缠绕尾纤与Y波导1的输入尾纤45°对轴熔接，结合Y波导的起偏功能实 现光纤中快慢轴光向一个偏振主轴方向的投影，通过Y分支代替分光耦合 器或分光棱镜实现干涉仪的分光功能，采用Y波导的调制功能对信号进行 调制，结合解调电路提高输出信号信噪比，降低了测试系统的复杂度。

(2)本筛选方法克服了现有保偏光纤分布式偏振耦合测试技术受仪器 量程的限制。根据陀螺光纤环对保偏光纤的长度需求，将缠绕有长光纤的 光纤盘直接接入测试系统，实现对保偏光纤进行分段测试筛选。如发现光 纤中存在不符合应用要求的缺陷点或缺陷区域，只需将缺陷位置至光纤外 侧尾端的光纤去除，避免了分纤后测试发现存在缺陷时导致的整段光纤的 报废。

附图说明

图1为本发明中长保偏光纤偏振特性的分段式筛选系统结构示意图；

图2为本发明中长保偏光纤偏振特性的分段式筛选方法流程图；

图3为本发明实施例中存在不合格点的光纤段；

图4为本发明实施例中合格的光纤段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。

如图1所示，本发明提供的长保偏光纤偏振特性的分段式筛选系统， 基于光相干域偏振检测原理进行检测筛选，筛选系统包括光源模块、非平 衡干涉仪和信号处理模块，其中：

所述光源模块包括一只宽谱超辐射发光二极管(Super Luminescent  Diode，SLD)光源和一只起偏器，其中宽谱SLD光源为快轴TE模输出，用 于为所述筛选系统提供宽谱光信号，所述起偏器尾纤与所述SLD光源尾纤 0°对轴相连，将宽谱光信号转化输出为线偏振宽谱光信号；

所述非平衡干涉仪，由第一Y波导和第二Y波导构成马赫曾德干涉仪 的基本结构，所马赫曾德干涉仪的扫描臂加入一个光程扫描装置，另外一 个臂为固定臂；光程扫描装置用于根据信号处理模块的指令对马赫曾德干 涉仪两臂的光程差进行连续调整；

方波发生电路用于产生方波信号对从第一Y波导输入的光信号进行调 制；马赫曾德干涉仪输出的光信号由探测器转化为电信号；相关检测电路 对探测器输出电信号与方波信号进行相关检测，以便提高输出信号信噪比；

所述信号处理模块用于指令所述光程扫描装置连续调整马赫曾德干涉 仪两臂的光程差，并对相关检测电路输出的信号进行数据处理。

在筛选光纤时，将缠绕有长光纤的光纤盘内侧尾纤与光源模块尾纤0° 对轴熔接，在被测光纤中激发一个主偏振模式。从主偏振模式耦合到正交 偏振模式的光根据耦合位置的不同在光信号输出端(即光纤盘的缠绕外侧 尾端)与主偏振模式产生不同的光程差。其中离光信号输出端较近的光纤 产生的光程差较小。光纤盘中光纤缠绕的外侧尾纤与非平衡干涉仪尾纤以 45°对轴熔接，以使主偏振波列和耦合波列投影到同一偏振主轴上。

如图2所示，本发明提供了一种基于上述系统的长保偏光纤偏振特性 的分段式筛选方法，包括以下步骤：

(1)将缠绕有长光纤的光纤盘内侧尾纤与光源模块尾纤0°对轴熔接， 光纤盘的外侧缠绕尾纤与非平衡干涉仪的输入尾纤以45°对轴熔接。

(2)根据光纤的需求长度L和保偏光纤快慢轴的折射率差Δn确定非平 衡干涉仪两臂需产生的扫描光程差Δl＝L·Δn。

(3)通过计算机控制光程扫描装置来改变干涉仪两臂的光程差，进行 干涉仪的光程扫描。扫描初始位置干涉仪扫描臂的光程需小于固定臂，以 在光程扫描过程中获得宽谱光源的主干涉峰，扫描终止位置 扫描臂光程-固定臂光程≥Δl，保证特定长度的一段光纤能够实现全程测试。 扫描过程中光程连续变化。以主干涉峰作为位置坐标零点，判断偏振耦合 点在光纤中的位置。以主干涉峰的干涉幅值作为耦合幅值的零点，来判断 光纤偏振耦合点的耦合幅值。

(4)根据应用需要判定光纤是否合格。如果在扫描范围内光纤环的偏 振耦合幅值均在合格范围之内，说明光纤盘最外端特定长度段光纤的偏振 保持能力满足要求。将光纤盘的尾纤与测试系统尾纤打断，将光纤盘放至 分纤机分纤后用于绕环。分纤后的光纤盘按第(1)条的要求重新接入测试 系统进行下一段光纤的筛选测试。

(5)如光纤中存在不合格点，则根据不合格点与主干涉峰的最大光程 差计算不合格点离光纤盘外侧尾端的距离。设不合格点对应的干涉仪光程 差为l_i，则不合格点离光纤盘外侧尾纤端点的距离为L_i＝l_i/Δn。将光纤盘的 尾纤与测试系统尾纤打断，将光纤盘放至分纤机，从外侧尾端开始将长度 为L_i的光纤去除。如光纤中存在不合格区域，则以光程差最大的不合格点确 定剔除光纤的长度。去除不合格点或不合格区域的光纤盘按第(1)条中的 要求重新接入测试系统进行下一段光纤的筛选测试。

(6)通过逐级分段测试完成对整个光纤盘长光纤的筛选测试。

下面以一具体实施例来具体说明本发明方法：本发明实施例中采用一 种保偏光纤绕制陀螺光纤环。为保证光纤环及光纤陀螺的性能，要求保偏 光纤在任意点的偏振耦合幅值不大于-50dB。根据陀螺的精度及结构尺寸 求，每只光纤环需分纤800m。光纤在常温下快慢轴的折射率差Δn＝6×10^-4。

1)将光纤盘与测试系统熔接，缠绕有长光纤的光纤盘内侧尾纤与光源 模块尾纤0°对轴熔接，光纤盘的外侧缠绕尾纤与非平衡干涉仪的输入尾纤 以45°对轴熔接。

2)计算得到非平衡干涉仪的扫描光程差，Δl＝L×Δn＝800m×6× 10^-4＝0.48m。

3)通过计算机控制非平衡干涉仪光程扫描装置进行连续光程扫描，获 得光纤盘最外端800m光纤的分布式偏振耦合分布，如图3所示。发现光纤 的偏振耦合存在不合格区域，其中离平衡位置最远的不合格点对应光程差 l₁＝228mm。

4)定位不合格点对应的光纤位置。L₁＝l₁/Δn＝380m。

5)将光纤盘与测试系统的熔点打断，将光纤盘放至分纤机，分纤长度 380米，将包含不合格点的光纤剔除。将光纤盘重新按要求接入测试系统。

6)重新对非平衡干涉仪进行连续光程扫描，扫描的最大光程差为 0.48m。获得此时光纤盘最外端800m光纤的分布式偏振耦合分布，如图4 所示。整段光纤的偏振耦合幅值均小于-50dB，符合应用要求。

7)将光纤盘与测试系统的熔点打断，将光纤盘放至分纤机，分纤长度 800米，分纤后的合格光纤用于绕制光纤环。将分纤后的光纤盘重新按要求 接入测试系统。

8)通过逐级分段测试完成对整个光纤盘长光纤的筛选测试。如遇到不 合格点，按步骤3)～5)操作。如该光纤段无不合格点，按步骤6)～7)操 作。直至光纤盘上的所有光纤分纤完毕。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。