一種利用磁光光纖研究偏振光在衰蕩腔中傳播特性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于偏振光在衰蕩腔中傳播裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用磁光光纖研 究偏振光在衰蕩腔中傳播特性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代激光、光電子和光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，磁光材料和磁光器件的研究也 有了很大發(fā)展。由于磁光器件所具有的一系列良好特性，磁光器件在光通信、光信息處理和 信號測量等技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。磁光光纖在智能光纖傳感、可調(diào)梳狀濾波、磁性非線 性開關(guān)和非線性脈沖整形等光信息處理領(lǐng)域具有很大應(yīng)用前景。由于磁光光纖既具有雙折 射性質(zhì)又具有法拉第效應(yīng)，因此研究偏振光在磁光光纖中的傳播就比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種利用磁光光纖研究偏振光在衰蕩腔中傳播 特性的方法，該方法通過分析調(diào)制電流大小和衰蕩輸出曲線變化，最終得到磁旋光光纖旋 光角的變化規(guī)律。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種利用磁光光纖研究偏振光在 衰蕩腔中傳播特性的方法，其特征在于：沿光線傳輸方向依次設(shè)有通過光纖相連的調(diào)幅激 光器、起偏器、衰蕩腔、檢偏器和光電探測器，其中衰蕩腔由第一光纖親合器、第二光纖親合 器、磁光光纖和保偏光纖構(gòu)成，第一光纖耦合器的一端與第二光纖耦合器的一端通過磁光 光纖相連，第一光纖耦合器的另一端與第二光纖耦合器的另一端通過保偏光纖相連，磁光 光纖上通過法拉第線圈產(chǎn)生的磁場，調(diào)幅激光器通過線路與調(diào)制信號源相連，光電探測器 與數(shù)字信號處理器相連，起偏器與檢偏器相互平行，首先調(diào)幅激光器發(fā)出的光先經(jīng)過起偏 器，然后通過第一光纖親合器將線偏振光加到磁光光纖上，由于磁光光纖在外加磁場下的 雙折射性和磁可調(diào)性，使偏振光產(chǎn)生旋光角，此光信號再經(jīng)過第二光纖耦合器一部分輸出， 另一部分反饋到第一光纖耦合器重新作用，循環(huán)往復(fù)，輸出光強(qiáng)產(chǎn)生變化，直到衰減為零， 輸出的光信號經(jīng)過檢偏器和光電探測器將信號輸入到數(shù)字信號處理器； 在法拉第磁光效應(yīng)作用下偏振光所旋轉(zhuǎn)的角度跟其通過旋光晶體的長度A和磁感應(yīng) 強(qiáng)度龍的關(guān)系表示為： (1) 為直流電流控制法拉第線圈所產(chǎn)生的磁旋光角，比例系數(shù)r與介質(zhì)性質(zhì)及使用的 光的頻率有關(guān)，偏振光所旋轉(zhuǎn)方向跟晶體中的磁場強(qiáng)度有關(guān)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B與法拉第電 磁線圈匝數(shù)n和線圈上通的電流強(qiáng)度I的關(guān)系為： (2) 上式中所表示的是真空下的磁導(dǎo)率，由（1)和（2)式可得光的波動面所旋轉(zhuǎn)角度， 經(jīng)過磁光效應(yīng)所產(chǎn)生的逆偏光角與電流的關(guān)系為：
式（3)中:_#為常數(shù)，因此迨與丨是所成的比例關(guān)系為線性。
[0005] 偏振的光信號從耦合器進(jìn)入衰蕩腔，兩偏振片保持平行時，光電探測器探測到的 光強(qiáng)最強(qiáng)，記錄此時刻為初始時刻。脈沖光經(jīng)耦合器耦合入光纖環(huán)形腔，沿著環(huán)可以繞行很 多圈，每繞一圈，因磁光光纖熔接處、耦合器和光纖等的光損耗以及磁光光纖使偏振光產(chǎn)生 偏振角，由光電探測器探測光的強(qiáng)度隨著時間不斷減小，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析可知光在光 纖環(huán)形腔中傳輸時，輸出光強(qiáng)分布規(guī)律為：
式（4)中||為初始時刻光電探測器探測探測到的光強(qiáng)的99倍，幼-||f時光電探測器探測到的光強(qiáng)理論值，減為磁光光纖產(chǎn)生的旋光角。式（5)中陶:為光在光纖 中的傳輸速度，L為光纖環(huán)長度。A為光在光纖環(huán)中傳輸時的損耗值：
式（7)中餐為保偏光纖的吸收系數(shù)，L為光纖環(huán)長度，P為磁光光纖的吸收系數(shù)，1為磁 光光纖長度，C為兩個耦合器的插入損耗，Y為保偏光纖的散色損耗，Y'為磁光光纖的散色損 耗，最終得到輸出光強(qiáng)i「與電流/關(guān)系的表達(dá)式為：
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 研究了一種基于法拉第效應(yīng)的偏振光在磁旋光光纖衰蕩腔結(jié)構(gòu)中傳播特性的方 法，同時實(shí)現(xiàn)對旋光物質(zhì)旋光特性的研究； (2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，尤其是靈敏度高，可以實(shí)現(xiàn)任意能夠產(chǎn)生電流或者磁場 變化的非電物理量(壓力、溫度等）變化的測量； (3) 測量過程簡化，方便迅速，有效的克服了傳統(tǒng)測量方法中存在的繁瑣流程； (4) 使用光纖耦合器實(shí)現(xiàn)電路間的電氣隔離和濾除噪音和干擾，而且起到很好的安全 保障作用； (5) 系統(tǒng)響應(yīng)延遲時間只有10ys左右，適用于對響應(yīng)速度要求很高的場合。
【附圖說明】
[0006] 圖1是發(fā)明的光路原理圖。
[0007] 圖面說明：1、調(diào)制信號源，2、調(diào)幅激光器，3、起偏器，4、第一光纖耦合器，5、磁光光 纖，6、電磁線圈，7、第二光纖耦合器，8、檢偏器，9、光電探測器，10、數(shù)字信號處理器，11、保 偏光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容。一種利用磁光光纖研究偏振光在衰蕩腔中 傳播特性的方法，沿光線傳輸方向依次設(shè)有通過光纖相連的調(diào)幅激光器2、起偏器3、衰蕩 腔、檢偏器8和光電探測器9,其中衰蕩腔由第一光纖親合器5、第二光纖親合器7、磁光光纖 5和保偏光纖11構(gòu)成，第一光纖耦合器4的一端與第二光纖耦合器7的一端通過磁光光纖 5相連，第一光纖耦合器5的另一端與第二光纖耦合器7的另一端通過保偏光纖11相連，磁 光光纖5上通過電磁線圈6加有磁場，調(diào)幅激光器2通過線路與調(diào)制信號源1相連，光電探 測器9通過線路與數(shù)字信號處理器10相連。
[0009] (1)磁光光纖特性測試 由調(diào)幅激光器、起偏器、光纖耦合器、磁光光纖、檢偏器、光電探測器和數(shù)字信號處理模 塊構(gòu)成磁光光纖旋光特性測試平臺。
[0010] (2)光纖親合器 起偏器與檢偏器相互平行，在沒有外加磁場的條件下有最大輸出光強(qiáng)，加上外加磁場 時，光信號在磁光光纖內(nèi)一部分經(jīng)親合器輸出，另一部分繼續(xù)返回磁光光纖，循環(huán)往復(fù)，輸 出光強(qiáng)產(chǎn)生變化，直到衰減為零。
[0011] (3)調(diào)幅激光器 實(shí)驗(yàn)平臺采用具有高功率寬譜ASE光源和可調(diào)激光光源。臺式ASE光源是專為光纖傳 感、光無源器件測試、光譜分析設(shè)計(jì)的放大自發(fā)輻射光源。其輸出波段為C波段，最大輸出 功率為17dBm。在1550nm附近平坦度較好，可用于磁光光纖參數(shù)特性測試和分析。
[0012] 本發(fā)明通過衰蕩腔結(jié)構(gòu)，偏振的光信號經(jīng)過磁光光纖產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，然后通過分析不 同電流強(qiáng)度大小下相應(yīng)的調(diào)制輸出激光幅值，來研究旋光光纖磁旋光角、外加調(diào)制電流分 別與衰蕩曲線的對應(yīng)關(guān)系，從而確定旋光參數(shù)。衰蕩腔結(jié)構(gòu)分辨率高，性能穩(wěn)定，靈敏度高。
[0013] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)，在不脫離本發(fā)明精神和 范圍的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用磁光光纖研究偏振光在衰蕩腔中傳播特性的方法，其特征在于：沿光線傳 輸方向依次設(shè)有通過光纖相連的調(diào)幅激光器、起偏器、衰蕩腔、檢偏器和光電探測器，其中 衰蕩腔由第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、磁光光纖和保偏光纖構(gòu)成，第一光纖耦合器的 一端與第二光纖耦合器的一端通過磁光光纖相連，第一光纖耦合器的另一端與第二光纖耦 合器的另一端通過保偏光纖相連，磁光光纖通過法拉第線圈產(chǎn)生磁場，調(diào)幅激光器通過線 路與調(diào)制信號源相連，光電探測器與數(shù)字信號處理器相連，起偏器與檢偏器相互平行，首先 調(diào)幅激光器發(fā)出的光先經(jīng)過起偏器，然后通過第一光纖耦合器將線偏振光加到磁光光纖 上，由于磁光光纖在外加磁場下的雙折射性和磁可調(diào)性，使偏振光產(chǎn)生旋光角，此光信號再 經(jīng)過第二光纖耦合器一部分輸出，另一部分反饋到第一光纖耦合器重新作用，循環(huán)往復(fù)，輸 出光強(qiáng)產(chǎn)生變化，直到衰減為零，輸出的光信號經(jīng)過檢偏器和光電探測器將信號輸入到數(shù) 字信號處理器，振的光信號從耦合器進(jìn)入衰蕩腔，兩偏振片保持平行時，光電探測器探測到 的光強(qiáng)最強(qiáng)，記錄此時刻為初始時刻，脈沖光經(jīng)耦合器耦合入光纖環(huán)形腔，沿著環(huán)可以繞行 很多圈，每繞一圈，因磁光光纖熔接處、耦合器和光纖等的光損耗以及磁光光纖使偏振光產(chǎn) 生偏振角，由光電探測器探測光的強(qiáng)度隨著時間不斷減小，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析可知光在 光纖環(huán)形腔中傳輸時，輸出光強(qiáng)分布規(guī)律為：輸出光強(qiáng)方與電流/關(guān)系的表達(dá)式為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用磁光光纖研究偏振光在衰蕩腔中傳播特性的方法，屬于偏振光在衰蕩腔中傳播裝置技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：首先調(diào)幅激光器發(fā)出的光先經(jīng)過起偏器，然后通過第一光纖耦合器將線偏振光加到磁光光纖上，由于磁光光纖的雙折射性和磁可調(diào)性，使偏振光產(chǎn)生旋光角，此光信號再經(jīng)過第二光纖耦合器反饋到第一光纖耦合器重新作用，最后經(jīng)過檢偏器和光電探測器將信號輸入到數(shù)字信號處理器。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)任意能夠產(chǎn)生電流或者磁場變化的非電物理量（壓力、溫度等）變化的測量，同時使用光纖耦合器還實(shí)現(xiàn)電路間的電氣隔離和濾除噪音干擾，起到很好的安全保障作用。該方法響應(yīng)延遲時間只有10μs左右，適于對響應(yīng)速度要求很高的場合。
【IPC分類】G01J4/00
【公開號】CN105222896
【申請?zhí)枴緾N201510555257
【發(fā)明人】王芳, 楊琳琳, 王旭, 郭彩霞, 宋艷, 劉玉芳
【申請人】河南師范大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月2日