本發(fā)明涉及光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LiNbO₃相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

LiNbO₃相位調(diào)制器是光纖電流互感器(Fiber Optic Current Transformer,FOCT)的核心部件，是一種為提高系統(tǒng)靈敏度和標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性，從而在光路中增加的實現(xiàn)相位偏置和閉環(huán)反饋控制功能的器件，LiNbO₃相位調(diào)制器對FOCT的整體性能產(chǎn)生直接影響。

FOCT是基于法拉第磁光效應(yīng)和安培環(huán)路定律，通過光纖敏感環(huán)檢測被測導(dǎo)體內(nèi)電流的大小，具體為：當(dāng)被測導(dǎo)體中有電流通過時，在光纖敏感環(huán)中傳輸?shù)淖笮陀倚龍A偏振光的相速度分別向相反的方向改變，從而產(chǎn)生正比于電流大小的相位差(即法拉第相移)，此時的光路特性稱之為具有非互易性。這個相位差可以通過干涉法來測量，并由光電探測器將干涉光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵?。根?jù)對電壓信號的分析，即可得出被測導(dǎo)體中電流的大小。由于輸出信號與電流引起的相位差滿足余弦函數(shù)關(guān)系，為獲得高靈敏度，通常會使用相位調(diào)制來施加偏置，使之工作在一個響應(yīng)斜率不為零的點。FOCT通常采用Y型質(zhì)子交換LiNbO₃相位調(diào)制器和直條型Ti擴(kuò)散LiNbO₃相位調(diào)制器。由于LiNbO₃相位調(diào)制器本身工藝上的復(fù)雜，其對FOCT精度的影響來源于多個光電參數(shù)，如插入損耗、偏振串音、偏振相關(guān)損耗和半波電壓等，任何一個參量隨環(huán)境和時間發(fā)生的變化都會在光路中引入非互易性相位差，該相位差令干涉光信號發(fā)生改變，且無法與法拉第相移區(qū)分，因而引入測量誤差。

目前，傳統(tǒng)的LiNbO₃相位調(diào)制器檢測方法是對器件的各項光電參數(shù)進(jìn)行測試，例如通過插入損耗、偏振串音、偏振相關(guān)損耗和半波電壓以及各參數(shù)的溫度特性來評判LiNbO₃相位調(diào)制器的優(yōu)劣，不能完全和精準(zhǔn)的反映出LiNbO₃相位調(diào)制器在FOCT中的系統(tǒng)性能，因而不能為FOCT中相位調(diào)制器的篩選提供直接有效的技術(shù)參考指標(biāo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明實施例提供一種基于FOCT光路原理的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)，檢驗LiNbO3相位調(diào)制器在外部環(huán)境激勵下的性能參數(shù)，為FOCT中LiNbO3相位調(diào)制器的篩選提供直接有效的技術(shù)參考指標(biāo)。

本發(fā)明實施例提供一種LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)，包括：

偏振光輸出元件，其輸出端與待測LiNbO3相位調(diào)制器的輸入端連接，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器的電信號接入端輸入調(diào)制信號；

保偏光纖環(huán)，其第一端與所述待測LiNbO3相位調(diào)制器的輸出端連接；

敏感元件，感應(yīng)通電導(dǎo)體內(nèi)的基準(zhǔn)電流值，與所述保偏光纖環(huán)的第二端連接；所述偏振光輸出元件輸出的偏振光經(jīng)所述待測LiNbO3相位調(diào)制器、所述保偏光纖環(huán)、所述敏感元件后原路返回，返回后的線偏振光發(fā)生干涉；

探測器，檢測干涉光強(qiáng)，并得到與所述干涉光強(qiáng)對應(yīng)的電信號；

信號處理單元，接收所述探測器發(fā)送的電信號，解析后得到測量電流值；

誤差計算單元，接收所述信號處理單元發(fā)送的所述測量電流值，根據(jù)所述基準(zhǔn)電流值以及所述測量電流值得到所述待測LiNbO3相位調(diào)制器在所處環(huán)境下引入的測量誤差。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，所述敏感元件，包括光纖環(huán)以及分別設(shè)置于所述光纖環(huán)兩端的光纖波片和反射鏡，所述光纖環(huán)內(nèi)有通電導(dǎo)體穿過，所述光纖波片與所述保偏光纖環(huán)的第二端連接。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器為直條型LiNbO3相位調(diào)制器時，所述偏振光輸出元件包括光源、耦合器和起偏器，其中：

所述光源發(fā)出的光經(jīng)所述耦合器后進(jìn)入所述起偏器輸入端，以產(chǎn)生線偏振光；

所述起偏器的輸出端與所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器的輸入端采用45度對軸角進(jìn)行熔接；

所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器的輸出端與所述保偏光纖環(huán)的第一端采用0度對軸角進(jìn)行熔接。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器為Y型LiNbO3相位調(diào)制器時，所述偏振光輸出元件包括光源和耦合器，且所述保偏光纖環(huán)的第一端通過偏振合束器與所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器的輸出端連接，其中：

所述光源發(fā)出的光輸入至所述耦合器；

所述耦合器的輸出端與所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器的輸入端采用0度對軸角進(jìn)行熔接；

所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器的一個輸出端與所述偏振合束器的一個輸入端采用0度對軸角進(jìn)行熔接，所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器的另一個輸出端與所述偏振合束器的另一個輸入端采用90度對軸角進(jìn)行熔接；

所述偏振合束器的輸出端與所述保偏光纖環(huán)的第一端采用0度對軸角進(jìn)行熔接。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，還包括：

環(huán)境發(fā)生器，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器置于所述環(huán)境發(fā)生器內(nèi)部，所述環(huán)境發(fā)生器響應(yīng)上位機(jī)的控制信號模擬所述待測LiNbO3相位調(diào)制器所處環(huán)境。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，所述環(huán)境發(fā)生器模擬的所述待測LiNbO3相位調(diào)制器所處環(huán)境包括：溫度、濕度、振動、沖擊和輻照中的至少一種。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，還包括：

電流發(fā)生器，輸出預(yù)設(shè)電流至所述通電導(dǎo)體；

基準(zhǔn)互感器，檢測所述電流發(fā)生器輸出預(yù)設(shè)電流的電流值，作為所述通電導(dǎo)體中的基準(zhǔn)電流值。

可選地，上述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)中，所述誤差計算單元，獲取所述基準(zhǔn)互感器檢測的通電導(dǎo)體中的基準(zhǔn)電流值，根據(jù)所述基準(zhǔn)電流值以及所述測量電流值得到所述待測LiNbO3相位調(diào)制器在所處環(huán)境下引入的測量誤差；

所述誤差計算單元發(fā)送所述測量誤差至所述上位機(jī)。

本發(fā)明實施例所述的LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)，通過偏振光輸出元件，所述偏振光輸出元件輸出的線偏振光經(jīng)所述待測LiNbO3相位調(diào)制器、所述保偏光纖環(huán)、所述敏感元件后原路返回，返回后的線偏振光發(fā)生干涉；由探測器檢測干涉光強(qiáng)，并得到與所述干涉光強(qiáng)對應(yīng)的電信號；信號處理單元，接收所述探測器發(fā)送的電信號，解析后得到測量電流值；誤差計算單元，接收所述信號處理單元發(fā)送的所述測量電流值，根據(jù)所述基準(zhǔn)電流值以及所述測量電流值得到所述待測LiNbO3相位調(diào)制器在所處環(huán)境下引入的測量誤差。光波在上述系統(tǒng)中的傳輸方式與FOCT中光傳輸方式相同，因此最終得到的測量誤差的表現(xiàn)形式也與FOCT測量誤差的形式等效，采用本發(fā)明實施例提供的上述方案能完全和精準(zhǔn)的反映出LiNbO3相位調(diào)制器的精度，且測試結(jié)果可直接用于衡量其在FOCT中的系統(tǒng)性能，為FOCT中LiNbO3相位調(diào)制器的篩選提供直接有效的技術(shù)參考指標(biāo)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施例所述LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)的原理框圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例所述敏感元件具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個實施例所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明另一個實施例所述LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)的原理框圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明實施例。

本實施例提供一種LiNbO3相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)，如圖1所示，包括：

偏振光輸出元件100，其輸出端與待測LiNbO3相位調(diào)制器200的輸入端連接，線偏振光輸入至所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200的電信號接入端輸入調(diào)制信號，所述調(diào)制信號可以為方波信號、正弦波信號等。

保偏光纖環(huán)300，其第一端與所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200的輸出端連接。

敏感元件400，感應(yīng)通電導(dǎo)體內(nèi)的基準(zhǔn)電流值，與所述保偏光纖環(huán)300的第二端連接，偏振光輸出元件100輸出的線偏振光經(jīng)所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200、所述保偏光纖環(huán)300、所述敏感元件400后原路返回，返回后的線偏振光發(fā)生干涉。

探測器500，檢測干涉光強(qiáng)，并得到與所述干涉光強(qiáng)對應(yīng)的電信號，信號處理單元600，接收所述探測器500發(fā)送的電信號，解析后得到測量電流值。探測器500可將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)對應(yīng)的電壓信號，信號處理單元600可將探測器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，因為FOCT的就是通過檢測電流值來檢測誤差的，因此本實施例中依照FOCT檢測原理，也將干涉光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為最終的電流值。

誤差計算單元700，接收所述信號處理單元600發(fā)送的所述測量電流值，根據(jù)所述基準(zhǔn)電流值以及所述測量電流值得到所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200在所處環(huán)境下引入的測量誤差。所述基準(zhǔn)電流值可以為基準(zhǔn)互感器測量得到，作為所述誤差計算單元700中的基準(zhǔn)值。所述測量誤差可以由所述測量電流值與所述基準(zhǔn)電流值依據(jù)預(yù)設(shè)計算模型得到，該預(yù)設(shè)計算模型根據(jù)FOCT測量原理直接得到。而所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200所處環(huán)境即為溫度、濕度、輻照度等等，可以將所述待測LiNbO3 相位調(diào)制器200置于環(huán)境中各個參數(shù)都非常穩(wěn)定的實驗室、箱體內(nèi)等，而所需要的環(huán)境的各個參數(shù)可以預(yù)先測量好作為已知數(shù)據(jù)保存，因此當(dāng)?shù)玫綔y量誤差時，即可將測量誤差與環(huán)境的各個參數(shù)對應(yīng)起來。

顯然，上述系統(tǒng)中所搭建的光路，使光波的傳輸方式與FOCT中光傳輸方式相同，因此最終得到的測量誤差的表現(xiàn)形式也與FOCT測量誤差的形式等效，采用本發(fā)明實施例提供的上述方案能完全和精準(zhǔn)的反映出LiNbO3相位調(diào)制器的精度，且測試結(jié)果可直接用于衡量其在FOCT中的系統(tǒng)性能，為FOCT中LiNbO3相位調(diào)制器的篩選提供直接有效的技術(shù)參考指標(biāo)。

如圖2所示，上述方案中的敏感元件400，可包括光纖環(huán)401以及分別設(shè)置于所述光纖環(huán)401兩端的光纖波片402和反射鏡403，所述光纖環(huán)401內(nèi)有通電導(dǎo)體穿過，所述光纖波片402與所述保偏光纖環(huán)402的第二端連接；所述偏振光輸出元件100輸出的線偏振光經(jīng)所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200、所述保偏光纖環(huán)300、所述光纖波片402、所述光纖環(huán)401傳輸，由所述反射鏡403反射后返回，返回后的線偏振光發(fā)生干涉。所述光纖波片401可以選擇1/4光纖波片，所述反射鏡403為法拉第鏡、光纖鍍膜反射鏡、光纖貼片反射鏡等。

進(jìn)一步地，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200可以為直條型LiNbO3相位調(diào)制器也可以為Y型LiNbO3相位調(diào)制器，針對這兩種類型的LiNbO3相位調(diào)制器分別提供一種光路的連接方式。

如圖3所示，當(dāng)所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200為直條型LiNbO3相位調(diào)制器時，所述偏振光輸出元件100包括光源101、耦合器102和起偏器103，其中：

所述光源101發(fā)出的光經(jīng)所述耦合器102后進(jìn)入所述起偏器103輸入端，以產(chǎn)生線偏振光；所述起偏器103的輸出端與所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器201的輸入端采用45度對軸角進(jìn)行熔接，以使所述線偏振光分解為兩束線偏振光后傳輸至所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器201；所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器201的輸出端與所述保偏光纖環(huán)300的第一端采用0度對軸角進(jìn)行熔接，則所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器201輸出兩束線偏振光至所述保偏光纖環(huán)300，兩束線偏振光分別沿所述保偏光纖環(huán)300的快軸和慢軸傳播。圖3中所述信號處理單元600，還用于將處理結(jié)果輸出至誤差計算單元700，且圖中所示信號處理單元600可產(chǎn)生調(diào)制信號，將所述調(diào)制信號輸入至所述直條型LiNbO3相位調(diào)制器201的電信號接入端。

如圖4所示，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器為Y型LiNbO3相位調(diào)制器時，所述偏振光輸出元件100包括光源101、耦合器102，且所述保偏光纖環(huán)300的第一端通過偏振合束器800與所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器202的輸出端連接，其中：

所述光源101發(fā)出的光經(jīng)所述耦合器102后與所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器202的輸入端采用0度對軸角進(jìn)行熔接，光波進(jìn)入Y型LiNbO3相位調(diào)制器202后被起偏為線偏振光，然后分別進(jìn)入兩個分支；所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器202的一個輸出端與所述偏振合束器800的一個輸入端采用0度對軸角進(jìn)行熔接，所述Y型LiNbO3相位調(diào)制器202的另一個輸出端與所述偏振合束器800的另一個輸入端采用90度對軸角進(jìn)行熔接；以使進(jìn)入所述偏振合束器800的兩束線偏振光正交；所述偏振合束器800的輸出端與所述保偏光纖環(huán)300的第一端采用0度對軸角進(jìn)行熔接，正交的兩束線偏振光進(jìn)入所述保偏光纖環(huán)，分別沿所述保偏光纖環(huán)的快軸和慢軸傳播。

圖3和圖4所示的檢測系統(tǒng)的原理框圖，其中光路系統(tǒng)的核心在于，進(jìn)入保偏光纖環(huán)300的光為兩束偏振光，一束光沿快軸傳播，一束光沿慢軸傳播，因此無論需要檢測的LiNbO3相位調(diào)制器是直條形還是Y型，通過光路設(shè)計、光電器件的選擇，保證進(jìn)入保偏光纖環(huán)300的為兩束偏振光，即可實現(xiàn)對LiNbO3相位調(diào)制器的性能檢測。

進(jìn)一步地，如圖5，上述系統(tǒng)還包括環(huán)境發(fā)生器900，所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200置于所述環(huán)境發(fā)生器900內(nèi)部，所述環(huán)境發(fā)生器900響應(yīng)上位機(jī)901的控制信號模擬所述待測LiNbO3相位調(diào)制器200所處環(huán)境。所處環(huán)境包括：溫度、濕度、振動、沖擊和輻照中的至少一種。例如，所述環(huán)境發(fā)生器900可以模擬單一的環(huán)境，例如采用溫控箱來模擬溫度，采用加濕器來控制濕度等，也可以采用具有多種環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)功能的環(huán)境控制組件。所述光電模塊即為圖3或圖4中的光電子器件及按照其連接方式組成的模塊。

以上方案中，系統(tǒng)還可以包括電流發(fā)生器902，輸出預(yù)設(shè)電流至所述通電導(dǎo)體；基準(zhǔn)互感器903，檢測所述電流發(fā)生器902輸出預(yù)設(shè)電流的電流值，作為所述通電導(dǎo)體中的基準(zhǔn)電流值。所述誤差計算單元700，獲取所述基準(zhǔn)互感器903檢測的通電導(dǎo)體中的基準(zhǔn)電流值以及所述信號處理單元600解析得到的所述待測LiNbO3相位調(diào)制器所處環(huán)境對應(yīng)的電流值得到所述測量誤差；所述誤差計算單元700發(fā)送所述測量誤差至所述上位機(jī)902。采用該系統(tǒng)對待測LiNbO₃相位調(diào)制器性能檢測的步驟為：

完成LiNbO₃相位調(diào)制器性能檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的搭建，包含：電流發(fā)生器的輸出端分別接上基準(zhǔn)互感器和光電模塊，基準(zhǔn)互感器和光電模塊的輸出端均接入誤差計算單元，誤差計算單元的輸出端與上位機(jī)連接。將待測LiNbO₃相位調(diào)制器輸入和輸出尾纖分別按照圖3或圖4所示方式與光電模塊尾纖的熔接，以及待測LiNbO₃相位調(diào)制器的電信號接入針腳與信號處理單元的調(diào)制信號輸出引腳連接。將待測LiNbO₃相位調(diào)制器置于環(huán)境發(fā)生器中，并且完成環(huán)境發(fā)生器與上位機(jī)的連接。啟電流發(fā)生器，通過上位機(jī)，對信號處理單元的輸出電流值進(jìn)行標(biāo)定，使之與基準(zhǔn)互感器的輸出電流值一致，即在環(huán)境發(fā)生器未產(chǎn)生任何環(huán)境激勵的情況下，信號處理單元得到的結(jié)果應(yīng)該與基準(zhǔn)電流值相同。通過上位機(jī)控制環(huán)境發(fā)生器，使之產(chǎn)生環(huán)境激勵，通過上位機(jī)讀取并保存由誤差計算單元輸出的測量誤差結(jié)果，顯然此測量誤差即為待測LiNbO₃相位調(diào)制器在當(dāng)前所處的環(huán)境下引入的。為避免附加的測量誤差，以上測試進(jìn)行時，除環(huán)境發(fā)生器內(nèi)部環(huán)境以外，其余環(huán)境應(yīng)保持穩(wěn)定。

本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思就是通過FOCT光路系統(tǒng)，將LiNbO₃相位調(diào)制器在外部環(huán)境激勵下的光電參數(shù)漂移的綜合效應(yīng)檢測出來，使其能夠采用FOCT測量誤差的形式進(jìn)行等效表達(dá)，以作為衡量LiNbO₃相位調(diào)制器質(zhì)量的參考指標(biāo)。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。