本發(fā)明涉及的是一種光學(xué)器件測量方法，具體地說是一種鈮酸鋰集成器件(y波導(dǎo))的偏振性能測量方法。

背景技術(shù)：

y波導(dǎo)是光纖傳感應(yīng)用(如光纖陀螺)的重要組成部分，決定著光纖傳感系統(tǒng)的測量精度、穩(wěn)定性、體積和成本。其中消光比是y波導(dǎo)的重要指標(biāo)。目前消光比的測試方法主要有旋轉(zhuǎn)檢偏器法，光時域反射法，偏振光干涉法等。旋轉(zhuǎn)法主要是通過測量通過偏振器件最大光能與最小光能之比來測量消光比的大小，該方法需要頻繁調(diào)節(jié)光路，同時受限于測量方法，測量精度僅限于60db。光時域干涉法通過測量背向散色光偏振正交軸上的功率計算消光比，該方法實驗裝置復(fù)雜，不易實施。

光學(xué)相干域偏振測量技術(shù)(ocdp)是一種高精度分布式偏振耦合測量技術(shù)，該技術(shù)通過掃描式光學(xué)干涉儀進(jìn)行光程補償，實現(xiàn)不同偏振模式間的干涉，可對偏振串?dāng)_的空間位置、偏振耦合信號強度進(jìn)行高精度的測量與分析。ocdp技術(shù)作為一種非常有前途的分布式光學(xué)偏振性能的檢測方法，被廣泛用于保偏光纖制造、器件消光比測試等領(lǐng)域。而如何利用這些分布耦合點進(jìn)行消光比計算，則需要構(gòu)建一種消光比的測量方法。

2011年，美國通用光電公司(generalphotonicscorporation)的姚曉天等人公開了一種用于保偏光纖中分布式偏振串?dāng)_測量的全光纖測量系統(tǒng)(us20110277552)，利用增加光程延遲器的方法，抑制了偏振測量過程中存在的雜散白光干涉信號的數(shù)量和幅度，該方法測量偏振串?dāng)_的靈敏度達(dá)到-95db。但是動態(tài)范圍只能達(dá)到75db。

2012年天津大學(xué)張紅霞、任亞光等人公開了一種偏振器件消光比測試數(shù)據(jù)的解調(diào)方法(cn201210170668.1)。該方法采用ocdp技術(shù)獲得干涉信號，通過讀取干涉信號中的干涉峰的峰值測量消光比。該方法可以實現(xiàn)對保偏光纖消光比的快速解調(diào)，但是在測量長度在千米以上的保偏光纖或雙折射色散比較的大的耦合點的消光比時，由于色散和噪聲的影響，測量結(jié)果與實際結(jié)果存在一定偏差。

2016年本發(fā)明申請人(cn201610157528.9)提出了一種光纖偏振器件的高消光比測量方法，在測量y波導(dǎo)時，對串?dāng)_標(biāo)記和測量峰進(jìn)行同步測量，杜絕測量環(huán)境改變和器件連接等引入的誤差，該方法雖然測量了y波導(dǎo)芯片消光比以及耦合串音，但是沒有對輸入輸出端光纖的分布式消光比進(jìn)行測量，同時測量結(jié)果受到色散影響，結(jié)果并不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種測試耦合串音和芯片消光比的準(zhǔn)確性高的多功能鈮酸鋰集成器件的偏振性能測量方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

步驟一、測量y波導(dǎo)輸入光纖205、輸出光纖209、45°起偏器尾纖223、45°檢偏器226、0°檢偏器尾纖224的長度，得到數(shù)據(jù)lin，lout，lw-in，lw1-outlw2-out；將45°起偏器尾纖223與y波導(dǎo)輸入光纖205進(jìn)行0°～0°對準(zhǔn)焊接、焊點為第一焊點204；將0°檢偏器尾纖224與y波導(dǎo)輸出光纖209進(jìn)行0°～0°對準(zhǔn)焊接、焊點為第二焊點210；

步驟二、將45°起偏器222和0°檢偏器225接入到分布式光纖偏振串?dāng)_測量裝置中；打開寬譜光源201，驅(qū)動光程掃描器214，使用光學(xué)相干域偏振測量裝置測量y波導(dǎo)輸入端光纖的分布式偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)v1(x)；

步驟三、將第一和第二焊點204、210進(jìn)行分離，同時將45°起偏器222與0°檢偏器225進(jìn)行對換，重新焊接，焊接角度均為0°～0°；打開干涉儀，進(jìn)行光程掃描，測量得到y(tǒng)波導(dǎo)輸出光纖的分布式偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)v2(x)；

步驟四、將0°檢偏器225換成45°檢偏器227，并將檢偏器尾纖226與y波導(dǎo)輸出光纖209、45°起偏器尾纖223與y波導(dǎo)輸入光纖205進(jìn)行0°～0°對準(zhǔn)焊接，測量得到波導(dǎo)器件的干涉圖樣v3(x)；

步驟五、利用測量得到的v1(x)、v2(x)，v3(x)，測量y波導(dǎo)輸入光纖205、y波導(dǎo)輸出光纖209的分布式消光比，同時計算得到兩個光纖耦合點206、208的串音以及y波導(dǎo)芯片207的消光比。

本發(fā)明還可以包括：

1、測量y波導(dǎo)的輸入輸出光纖的分布式消光比的方法為：

(1)、根據(jù)測量得到的光纖長度lin，lw-in，找出偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)v1(x)中兩個耦合點204、206對應(yīng)的兩個干涉峰602、601；測量主峰603半高全寬的寬度w603和峰值處的位置p603，利用公式y(tǒng)603-1＝p603-2×w603和y603-2＝p603+2×w603分別計算出主峰完整寬度的左右端點位置；

(2)、重復(fù)步驟(1)，分別得到兩個干涉峰601、602的完整干涉峰左右端點處的位置y601-1、y601-2、y602-1和y602-2，對位置y601-2到y(tǒng)602-1的干涉結(jié)果用公式(1)表示：

得到y(tǒng)波導(dǎo)輸入光纖205對應(yīng)的串?dāng)_數(shù)據(jù)的分布式能量曲線；再利用公式計算(1)得到主峰處的能量e603，利用公式(2)表示：

得到y(tǒng)波導(dǎo)輸入光纖205的分布式消光比；

(3)、重復(fù)步驟(1)-(2)，利用串?dāng)_數(shù)據(jù)v2(x)得到y(tǒng)波導(dǎo)輸出光纖209的分布式消光比。

2、得到兩個光纖耦合點206、208的串音以及y波導(dǎo)芯片207的消光比的方法為：

(1)、計算得到干涉峰701、702、704、706、708、710、711完整寬度的左右端點位置z70i-1和z70i-2，利用公式(1)計算每個干涉峰的能量，利用公式(2)計算耦合點的串音；

(2)、對比干涉峰701與711、702與710、704與708算得到的消光比的差值是否小于1db，如果小于1，耦合點的串音表示為左右測量結(jié)果的平均值，如果大于1db，重新計算干涉峰的完整寬度的左右端點位置，再計算消光比。

將45°起偏器222與0°檢偏器225進(jìn)行對換中，起偏器與檢偏器的功能一致，并無差異，即45°起偏器可以實現(xiàn)45°檢偏器的功能。

本發(fā)明基于白光干涉原理，利用得到的y波導(dǎo)輸入輸出端光纖的偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)，測量y波導(dǎo)輸入輸出端光纖的分布式消光比。同時對干涉圖樣中左右對稱的干涉峰進(jìn)行測量，對測量結(jié)果做出判斷，提高測量準(zhǔn)確性。該方法具有測量精度高、快速準(zhǔn)確等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于集成光學(xué)器件的分析上。

本發(fā)明的方法的原理如下：寬譜光源201發(fā)出的信號經(jīng)過2/98的耦合器202，2％的功率進(jìn)入到探測器219，用于檢測光源功率，其余的光經(jīng)過隔離器后203，被起偏器223變?yōu)槠窆?，?jīng)過起偏器尾纖，通過焊點204，y波導(dǎo)輸入光纖205后，檢測光進(jìn)入到待測波導(dǎo)器件中207；光在傳輸過程中遇到若干光學(xué)不連續(xù)點，包括：光纖焊點，光纖內(nèi)部的缺陷等，會使傳輸在一個特征軸的光耦合到另一軸，上述耦合光連同剩余的傳輸光輸出到白光測量裝置中，通過驅(qū)動光程掃描器216，進(jìn)行光程補償，耦合光將會和傳輸光發(fā)生干涉，干涉峰的強度和光程位置與光學(xué)器件的光學(xué)性能一一對應(yīng)。

干涉原理如圖3所示，當(dāng)光程差等于δnl時，掃描光束中耦合光304與參考光束中的傳輸光301光程發(fā)生匹配，則產(chǎn)生白光干涉信號，其峰值幅度為它與缺陷點的耦合幅度因子和光源強度成正比，當(dāng)光程差等于-δnl時，掃描光束中傳輸光307與參考光束中的耦合光302光程發(fā)生匹配，則產(chǎn)生白光干涉信號，其峰值幅度為它與光程差為δnl時相同。如圖可知，與光程差為δnl時相比，此白光干涉信號與之在光程上對稱，幅度上相同。圖4和圖5是在不同焊接角度時的y波導(dǎo)連接情況，從圖中看出，除焊接角度發(fā)生變化之外，其他結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。由于ρ＜＜1，所以1-ρ≈1。

當(dāng)耦合光與剩余的傳輸光進(jìn)行光程補償后，發(fā)生相干干涉，干涉結(jié)果表示為

式中ic(x)，表示不同位置處的干涉光強，i0表示入射光的光強，x表示光程掃描器運行的距離，l距離耦合點到光輸入點的距離，δβ分別表示光在保偏光纖的快慢軸傳播時的傳播常數(shù)之差，l表示光纖長度，ρ表示傳輸光在耦合點l處從主軸耦合到正交軸時的耦合系數(shù)。利用帕塞瓦爾定理計算干涉峰的能量，其表達(dá)式為：

而主峰的能量的表達(dá)式為：

干涉峰的能量與主峰能量之比就是分布式消光比曲線，其表達(dá)式為：

雖然干涉峰的位置以主峰為左右對稱，但是由于存在色散的影響，干涉峰左右的幅值，寬度并不一樣，用本發(fā)明計算消光比的方法可以消除色散影響，所以左右計算的結(jié)果應(yīng)該一樣，通過對比左右計算得到的消光比，對測量結(jié)果做出判斷，提高測量準(zhǔn)確性。圖6是y波導(dǎo)輸入光纖偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)v1(x)，圖7是干涉圖樣v3(x)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)該方法通過分析y波導(dǎo)器件的各組成部分的干涉結(jié)果，可以測量得到波導(dǎo)輸入輸出端光纖的分布式消光比。

(2)該方法利用干涉圖樣中左右對稱的干涉峰測量耦合點的串音以及波導(dǎo)芯片消光比，對測量結(jié)果做出判斷，提高測量準(zhǔn)確性。

(3)該方法可以在測量耦合點消光比的同時測量得到y(tǒng)波導(dǎo)輸入輸出光纖的分布式消光比，并且測量方法簡單、快速，提高了測量效率。

附圖說明

圖1是y波導(dǎo)光學(xué)參數(shù)測量方法流程圖；

圖2是基于光學(xué)相干域偏振測量裝置測量y波導(dǎo)的實驗裝置圖；

圖3是偏振串?dāng)_形成的干涉信號幅度與光程對應(yīng)關(guān)系示意圖；

圖4是y波導(dǎo)0°檢偏器尾纖與輸出光纖進(jìn)行0°～0°焊接示意圖；

圖5是y波導(dǎo)45°檢偏器器尾纖與輸出光纖0°～0°連接示意圖；

圖6是45°起偏器尾纖與輸入光纖、0°檢偏器尾纖與輸出光纖進(jìn)行0°～0°焊接時y波導(dǎo)輸入光纖偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)；

圖7是45°起偏器尾纖與輸入光纖、45°檢偏器尾纖與輸出光纖進(jìn)行0°～0°焊接時y波導(dǎo)器件的干涉圖樣。

具體實施方式

為清楚地說明本發(fā)明y波導(dǎo)輸入輸出光纖的分布式消光比以及耦合點和y波導(dǎo)集成芯片消光比的測量方法，結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

(1)步驟101，45°起偏器尾纖的長度為18.8m，0°檢偏器延長光纖長度為16.7m，45°檢偏器尾纖的長度為21.1m，y波導(dǎo)輸入光纖長度為0.22m，輸出光纖長度為0.18m；

(2)步驟102，將45°起偏器尾纖223與y波導(dǎo)輸入光纖205進(jìn)行0°～0°焊接，y波導(dǎo)輸出光纖209和0°檢偏器輸入尾纖224進(jìn)行0°～0°焊接。

(3)步驟103，打開光源，獲得y波導(dǎo)輸入光纖偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)v1(x)，如圖6所示。

(4)步驟104，將45°起偏器尾纖223與y波導(dǎo)輸出光纖209進(jìn)行0°～0°焊接，y波導(dǎo)輸入光纖205和0°檢偏器尾纖224進(jìn)行0°～0°焊接。并進(jìn)行光程掃描，得到y(tǒng)波導(dǎo)輸出光纖偏振串?dāng)_數(shù)據(jù)v2(x)。由于v2(x)的處理過程與v1(x)相似，因此只分析v1(x)的處理過程。

(5)步驟105，將45°起偏器尾纖223與y波導(dǎo)輸入光纖205進(jìn)行0°～0°焊接，y波導(dǎo)輸出光纖209和45°檢偏器尾纖226進(jìn)行0°～0°焊接。并進(jìn)行光程掃描，得到干涉圖樣v3(x)。

(8)步驟106和107，依次計算干涉峰601、602和主峰603、左右端點位置y60i-j＝p60i-2×w60i(i＝1,2,3,j＝1,2)，測量得到干涉峰601的左右端點分別為-8877，-8709，602的左右端點為-8099，-7899，603的為-194，194，單位是μm。利用權(quán)利要求1里面的公式(2)計算位置-8709，-8099，-194,194這兩個個區(qū)間的能量，分別得到能量e1、e2，利用權(quán)利要求1里面的公式(2)計算光纖205分布式消光比。再對干涉圖樣v2(x)中的干涉峰進(jìn)行處理，得到光纖209的分布式消光比。

(7)步驟108，需要確定串?dāng)_點206、208對應(yīng)的干涉峰的位置以及端點位置，由公式s＝δn×l(δn＝5×10^-4)，大致估算耦合點對應(yīng)得光程位置，從圖中可知，705的光程位置為7949um，利用光纖223的長度算出來的光程差為8350um，由于是估算測量，存在一些偏差可以接受，同時耦合點204對應(yīng)的干涉峰是距離主峰最近的干涉峰，可以確定干涉峰705對應(yīng)耦合點204。同時耦合點206對應(yīng)的干涉峰是峰705外測距離最近的干涉峰704，所以干涉峰704對應(yīng)耦合點206。并測量不同干涉峰左右端點位置z，同理依次得到不同耦合點對應(yīng)的干涉峰，由于集成芯片的消光比的光程差最大，所以是離主峰最遠(yuǎn)的干涉峰，所以是701。

(8)步驟109、110，對干涉圖樣v3(x)中左右對稱的干涉峰進(jìn)行計算，得到耦合點206，208和集成芯片207消光比，左側(cè)結(jié)果依次為，49.67db，40.58db，芯片消光比為60.11db，右側(cè)測量結(jié)果為49.78db,40.67db，芯片消光比為59.23db，從結(jié)果中看出，從左右測量結(jié)果相差很小，證明測量結(jié)果準(zhǔn)確，最終結(jié)果以左右兩邊測量結(jié)果的平均值表示，測量完成。