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白光干涉法保偏光纤偏振耦合测试及其应用

唐锋  
【摘要】: 基于白光干涉原理,研制成功高双折射保偏光纤分布式偏振耦合测试仪一台。该仪器用于保偏光纤偏振模式能量耦合现象的检测,可作为保偏光纤制造及使用过程中的一种有效检测手段,提高光纤偏振器件及系统的性能。 在继承课题组原有工作的基础上,从理论、仪器化、实验和应用四个方面对偏振耦合及白光干涉技术进行深入研究。理论分析了外部扰动与保偏光纤双折射、偏振耦合间的数学关系;分析了方案本身、偏振模式、仪器客观条件等对干涉结果的影响,给出了消除干涉仪系统误差的耦合强度和耦合点位置计算方法;设计完成了仪器的光学、机械、电路、数据处理及软件系统,仪器可完成500m长保偏光纤的干涉扫描,无双折射色散下空间分辨率和耦合强度探测灵敏度分别达到6cm和-80dB。基于该仪器,开展了保偏光纤环测试等一系列应用研究。 工作中的主要创新点: 1.根据模式耦合理论、光弹理论及弹性力学理论,建立了外力作用下三段保偏光纤串联的偏振耦合模型,揭示了保偏光纤受扰动区双折射轴的旋转是偏振耦合的来源;建立了力场大小、方向和作用长度与偏振耦合的数学关系,并将其应用于分布式应力传感。 2.首次阐明了保偏光纤双折射色散对偏振耦合测试的影响,从理论和实验上说明了由于双折射色散的作用,随着光纤长度的增加,白光干涉包络展宽及干涉可见度下降的规律。 3.分析了偏振激发模式对偏振耦合测试的影响,提出了任意偏振态激发的测试方案;采用偏振调整优化,提高耦合点干涉条纹的可见度,将仪器耦合强度探测灵敏度提高10dB;提出了基于检偏器透射光的偏振调整系统,直接旋转格兰棱镜消除系统波长相关性。 4.在分析偏振耦合测试白光干涉数据时频特性的基础上进行了其处理算法开发:小波变换去噪,时频分析耦合点自动识别,非线性回归分析干涉包络提取。 5.基于偏振耦合测试仪,开发了保偏光纤环检测、偏振无源光器件检测、保偏光纤对轴、保偏光纤拍长测试、分布式传感、保偏光纤双折射色散检测等多种应用。


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