專利名稱：一種光偏振檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光偏振檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
隨著光纖通信、光纖傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖中光偏振態(tài)的檢測(cè)具有越來(lái) 越重要的意義。傳統(tǒng)的光偏振態(tài)是通過(guò)提取待測(cè)光的斯托克斯矢量獲得的，根據(jù) 斯托克斯矢量的定義，具體提取方法為利用波片和檢偏器組成光學(xué)系統(tǒng)，通過(guò) 反復(fù)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)波片到4個(gè)不同的位置，得到4個(gè)方程，求解方程組即可解出斯 托克斯矢量。但是，上述方法采用的光偏振檢測(cè)儀體積龐大，特別是在檢測(cè)過(guò)程 中需要手動(dòng)調(diào)整波片的位置或角度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此很大程度上限制了 該方法的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種體積小、穩(wěn)定性高、成本低，并能 夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)光纖中光偏振態(tài)的光偏振檢測(cè)儀。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在 于，它包括 一偏振補(bǔ)償單元，其作為待測(cè)光的輸入通道，并調(diào)整輸出光與輸入 光具有相同的偏振態(tài)； 一分集接收單元，其將所述偏振補(bǔ)償單元輸出的光信號(hào)分 成三路偏振方向不同的光信號(hào)，并將所述三路偏振方向不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流 信號(hào)輸出； 一預(yù)處理單元，其將所述分集接收單元輸出的三路所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化 為電壓信號(hào)并放大輸出； 一信號(hào)處理單元，其將所述預(yù)處理單元輸出的三路所述 電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，計(jì)算出所述待測(cè)光的偏振態(tài)并輸出； 一顯示單元，用 于顯示所述信號(hào)處理單元輸出的光偏振態(tài)。
所述信號(hào)處理單元包括 一數(shù)字采集卡，將所述預(yù)處理單元輸出的三路所述 電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；一PC主機(jī)，其內(nèi)預(yù)置有一信號(hào)處理模塊，所述信號(hào)處理 模塊將來(lái)自所述數(shù)字采集卡的三路數(shù)字信號(hào)依次轉(zhuǎn)化為所述待測(cè)光的光矢量、斯 托克斯矢量，再依據(jù)得到的所述斯托克斯矢量計(jì)算出所述待測(cè)光的偏振態(tài)。
所述偏振補(bǔ)償單元包括兩傳輸光纖，以及連接在所述兩光纖之間的一使輸出 光與輸入光的偏振態(tài)相同的偏振控制器。
所述偏振控制器為手動(dòng)式偏振控制器。
所述分集接收單元包括一分束器、三偏振片和三探測(cè)器，所述分束器將所述偏振補(bǔ)償單元中光纖輸出的一束光變?yōu)槿饭猓銎衿顾鋈饭獾钠?方向相差一角度，所述探測(cè)器將所述三路偏振方向不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。
所述三偏振片的偏振方向分別為O。 、 60° 、 120° 。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明設(shè)置了偏振
補(bǔ)償單元、分集接收單元和預(yù)處理單元，并將偏振補(bǔ)償單元、分集接收單元和預(yù)
處理單元均封裝在一尺寸為30ci^25cr^llcm的機(jī)箱中，預(yù)處理單元通過(guò)機(jī)箱上的 輸出接口連接一用于檢測(cè)待測(cè)光偏振態(tài)的信號(hào)處理單元，因此光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊， 體積小，成本低，易于推廣。2、由于本發(fā)明只需要將待測(cè)光輸入偏振補(bǔ)償單元， 經(jīng)偏振補(bǔ)償單元的相位補(bǔ)償后，直接進(jìn)入分集接收單元分成三路偏振方向不同的 光，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸送給預(yù)處理單元，由光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)并放大后，進(jìn) 入信號(hào)處理單元，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，得到待測(cè)光的偏振 態(tài)，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不需要人工干預(yù)，檢測(cè)時(shí)間小于ls，因此可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)偏振態(tài) 檢測(cè)。3、由于本發(fā)明的信號(hào)處理單元內(nèi)預(yù)置有一信號(hào)處理模塊，因此可以快速地 對(duì)光偏振態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。4、由于本發(fā)明的偏振補(bǔ)償單元中的偏振控制器為手動(dòng)式偏 振控制器，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)僅需要預(yù)先使用一標(biāo)準(zhǔn)偏振發(fā)生儀對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo) 定后只要保證兩段連接光纖完全固定，儀器就會(huì)始終穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，對(duì)兩段連 接光纖所引入的光偏振變化進(jìn)行相位補(bǔ)償，使輸出光與輸入光的偏振態(tài)相同，因 此提高了檢測(cè)穩(wěn)定性。5、由于本發(fā)明的偏振補(bǔ)償單元、分集接收單元和預(yù)處理單 元均用螺釘固定在機(jī)箱里，因此進(jìn)一步提高了檢測(cè)的穩(wěn)定性。6、由于本發(fā)明的分 集接收單元包括一分束器、三偏振片和三探測(cè)器，分束器可以將偏振補(bǔ)償單元中 光纖輸出的一束光變?yōu)槿饭?，偏振片使所述三路光的偏振方向各相?0。，因 此可以保證三路輸出在包含相應(yīng)方向光場(chǎng)信息的同時(shí)，無(wú)論待測(cè)光偏振態(tài)如何變 化，至少有一路輸出光強(qiáng)不為零，提高了檢測(cè)的穩(wěn)定性。7、由于本發(fā)明的輸入接 口采用了標(biāo)準(zhǔn)FC/PC-FC/APC接頭，因此可以方便地與已有光纖應(yīng)用系統(tǒng)連接，同 時(shí)可以將待測(cè)光偏振態(tài)實(shí)時(shí)顯示在邦加球上，非常直觀。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)光 纖中光偏振態(tài)，而且體積小，成本低，可以廣泛應(yīng)用在較小或不規(guī)則空間中。


圖1是為本發(fā)明的實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的信號(hào)處理模塊的工作流程圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括一偏振補(bǔ)償單元l、 一分集接收單元2、 一預(yù)處理單元3、 一信號(hào)處理單元4和一顯示單元5。 一束待測(cè)光進(jìn)入偏振補(bǔ)償單元1后，經(jīng) 過(guò)分集接收單元2分成三路偏振方向不同的光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)后，輸送給 預(yù)處理單元3轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)并放大，之后進(jìn)入信號(hào)處理單元4內(nèi)被轉(zhuǎn)化為數(shù)字 信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后得到待測(cè)光的偏振態(tài)，待測(cè)光的偏振態(tài)在顯示單元5上同步 顯示。本實(shí)施例中，偏振補(bǔ)償單元l、分集接收單元2和預(yù)處理單元3均通過(guò)螺釘 固定封裝在尺寸為30cr^25ciiMlcra的機(jī)箱6中，輸入接口7和輸出接口8、 9、 10 設(shè)置在機(jī)箱6上，輸入接口 7為標(biāo)準(zhǔn)FC/PC-FC/APC接頭，輸出接口 8、 9、 10為 標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜接頭SMA插座。顯示單元5可以為一顯示屏，也可以為其它顯示設(shè) 備。
偏振補(bǔ)償單元1包括兩傳輸光纖11，及兩光纖11之間連接的一偏振控制器 12。其中，偏振控制器12為手動(dòng)式偏振控制器，用于對(duì)兩段連接光纖11所引入 的光偏振變化進(jìn)行相位補(bǔ)償，使輸出光與輸入光的偏振態(tài)相同。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，需 要預(yù)先使用一標(biāo)準(zhǔn)偏振發(fā)生儀對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定方法是調(diào)整手動(dòng)偏振控制器 12，使得儀器偏振檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)偏振發(fā)生儀產(chǎn)生的輸入光偏振狀態(tài)相同，即可 認(rèn)為連接光纖的影響已被完全抵消。標(biāo)定后，只要保證兩段連接光纖11完全固定， 儀器會(huì)始終穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。本實(shí)施例中，光纖ll均為帶0.9mm塑料護(hù)套的單模 光纖，偏振控制器12為General Photonics⑧公司的PLC-002，可工作在1550nm， 插入損耗小于0.05dB，消光比大于40dB。
分集接收單元2可采用Optiphas^公司的偏振分集器件PDR-15，其工作波長(zhǎng) 為1550nm。分集接收單元2內(nèi)包括一分束器21、三偏振片22、 23、 24和三探測(cè) 器25、 26、 27。分束器21為3*3分束器，其將偏振補(bǔ)償單元1輸出的一束光變?yōu)?三路光。偏振片22、 23、 24的偏振方向相差一角度，本實(shí)施例中的偏振方向分別 為0° 、 60° 、 120° ，這樣可以保證三路輸出在包含相應(yīng)方向光場(chǎng)信息的同時(shí)， 無(wú)論待測(cè)光偏振態(tài)如何變化，至少有一路輸出光強(qiáng)不為零。探測(cè)器25、 26、 27均 采用InGaAs PIN管，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。
預(yù)處理單元3采用一電路板，其將分集接收單元2輸出的三路電流信號(hào)轉(zhuǎn)化 為電壓信號(hào)，并進(jìn)行放大處理。
信號(hào)處理單元4包括一數(shù)字采集卡41和一 PC主機(jī)42，數(shù)字采集卡41的型 號(hào)為研華PCI-1714，安裝在PC主機(jī)42的機(jī)箱上。數(shù)字采集卡41將預(yù)處理后的三 路模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，輸送給PC主機(jī)42。 PC主機(jī)42型號(hào)為研祥 801A(Intel Core 2 Duo CPU, 2G RAM),其內(nèi)預(yù)置有一信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理 模塊根據(jù)輸入的三路數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出待測(cè)光的偏振態(tài)。如圖2所示，信號(hào)處理模塊計(jì)算待測(cè)光的偏振態(tài)的具體步驟如下 1)將三路光強(qiáng)/,、 /2、 /3轉(zhuǎn)化為待測(cè)光的光矢量對(duì)于任意偏振態(tài)的完全偏 振光信號(hào)，其偏振狀態(tài)均可以用參量^、 ^及^表示，其中A為待測(cè)光的光電場(chǎng)
矢量在x軸上的振幅分量，^為待測(cè)光的光電場(chǎng)矢量在y軸上的振幅分量，-為y
分量超前x分量的相位.
設(shè)定待測(cè)光分成的三路光強(qiáng)分別為/、
則:
<formula>formula see original document page 6</formula>V/,(2/2+2/廣/) 其中0取值范圍為O ;r。
2)將步驟l)中的光矢量轉(zhuǎn)化為斯托克斯矢量得到A、 ^ 斯托克斯矢量的定義，斯托克斯矢量的4個(gè)參量的計(jì)算表達(dá)式為:
-之后，根據(jù)
<formula>formula see original document page 6</formula>3)將步驟2)中的斯托克斯矢量轉(zhuǎn)化為邦加球坐標(biāo)待測(cè)光偏振態(tài)邦加球坐 標(biāo)的公式如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
(O，甲)即為待測(cè)光偏振態(tài)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在邦加球面上的坐標(biāo)，亦為顯示單元5上顯示的 待測(cè)光的偏振態(tài)信息。
依上所述，僅為本發(fā)明的一種較佳實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可依據(jù)本發(fā)明 說(shuō)明書、權(quán)利要求書與附圖迸行修改與等效變換，這樣的修改與變換均不應(yīng)排除 在本發(fā)明的范圍之外。
權(quán)利要求
1、一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于它包括一偏振補(bǔ)償單元，其作為待測(cè)光的輸入通道，并調(diào)整輸出光與輸入光具有相同的偏振態(tài)；一分集接收單元，其將所述偏振補(bǔ)償單元輸出的光信號(hào)分成三路偏振方向不同的光信號(hào)，并將所述三路偏振方向不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)輸出；一預(yù)處理單元，其將所述分集接收單元輸出的三路所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并放大輸出；一信號(hào)處理單元，其將所述預(yù)處理單元輸出的三路所述電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，計(jì)算出所述待測(cè)光的偏振態(tài)并輸出；一顯示單元，用于顯示所述信號(hào)處理單元輸出的光偏振態(tài)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包括-一數(shù)字采集卡，將所述預(yù)處理單元輸出的三路所述電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；一PC主機(jī)，其內(nèi)預(yù)置有一信號(hào)處理模塊，所述信號(hào)處理模塊將來(lái)自所述數(shù)字采集卡的三路數(shù)字信號(hào)依次轉(zhuǎn)化為所述待測(cè)光的光矢量、斯托克斯矢量，再依據(jù)得到的所述斯托克斯矢量計(jì)算出所述待測(cè)光的偏振態(tài)。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于所述偏振補(bǔ)償單元包括兩傳輸光纖，以及連接在所述兩光纖之間的一使輸出光與輸入光的偏振態(tài)相同的偏振控制器。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于所述偏振補(bǔ)償單元包括兩傳輸光纖，以及連接在所述兩光纖之間的一使輸出光與輸入光的偏振態(tài)相同的偏振控制器。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于所述偏振控制器為手動(dòng)式偏振控制器。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于所述分集接收單元包括一分束器、三偏振片和三探測(cè)器，所述分束器將所述偏振補(bǔ)償單元中光纖輸出的一束光變?yōu)槿饭?，所述偏振片使所述三路光的偏振方向相差一角度，所述探測(cè)器將所述三路偏振方向不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。
7、 如權(quán)利要求6所述的一種光偏振檢測(cè)儀，其特征在于所述三偏振片的偏振方向分別為0。 、 60° 、 120° 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光偏振檢測(cè)儀，它包括一偏振補(bǔ)償單元，其作為待測(cè)光的輸入通道，并調(diào)整輸出光與輸入光具有相同的偏振態(tài)；一分集接收單元，其將所述偏振補(bǔ)償單元輸出的光信號(hào)分成三路偏振方向不同的光信號(hào)，并將所述三路偏振方向不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)輸出；一預(yù)處理單元，其將所述分集接收單元輸出的三路所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并放大輸出；一信號(hào)處理單元，其將所述預(yù)處理單元輸出的三路所述電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，計(jì)算出所述待測(cè)光的偏振態(tài)并輸出；一顯示單元，用于顯示所述信號(hào)處理單元輸出的光偏振態(tài)。本發(fā)明體積小、穩(wěn)定性高、成本低，并能夠?qū)饫w中光偏振態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以廣泛應(yīng)用在較小或不規(guī)則空間中。
文檔編號(hào)G01J4/04GK101672696SQ20091009260
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者廖延彪, 敏 張, 王利威, 謝尚然, 黃志能 申請(qǐng)人:清華大學(xué)