专利名称：基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置，属于光学领域。
背景技术：
保偏光纤因其在光纤通信和光纤传感领域有着广泛的应用而引起人们的极大关注和广泛研究。图I所示为目前广泛使用的熊猫型保偏光纤的截面图，它具有两个光学主轴，分别为快轴和慢轴，快轴的折射率为nf，慢轴的折射率为ns，快轴与慢轴的折射率的差为保偏光纤的双折射，保偏光纤的双折射是其应用中最重要的参数之一。由于材料的不均勻性，光纤拉制过程中的环境扰动，光纤缠绕时受力不均勻，光纤所受的侧向压力和环境温度变化等因素的影响，不可避免地会导致保偏光纤双折射发生变化和分布不均匀。目前，虽然已经提出很多方法来测量保偏光纤的双折射，然而大部分方法只能测量一段保偏光纤的平均双折射，而不能测量保偏光纤每个位置点的双折射。为了测量保偏光纤每个位置点的双折射，2010年加拿大渥太华大学董永康等人提出了一种基于布里渊动态光栅技术测量保偏光纤双折射方法。结合图2说明该方法的原理首先，在保偏光纤的两端分别注入一束泵浦光，分别为泵浦光I和泵浦光2，这两束泵浦光传输方向相反，且注入到保偏光纤的一个光学主轴里，使两束泵浦光的频率差等于保偏光纤中的布里渊频移，因此两束泵浦光发生相互作用，通过电致伸缩效应产生了布里渊动态光栅；然后把一束探测光沿着与泵浦光2相同传播方向注入到保偏光纤的另外一个光学主轴里，当泵浦光2和探测光的频差满足Avmm=八1^/1!8时，探测光就会被布里渊动态光栅反射并获得最大的反射率，这里△ η是保偏光纤的双折射，V是探测光频率，118是保偏光纤的群折射率，此时泵浦光2和探测光的频差AvBiM就被称为双折射频移。通过测量到的双折射频移和方程AnvAig就可以计算保偏光纤中两束泵浦光产生布里渊动态光栅处的的双折射Λη，为了测量这一段保偏光纤其它点的双折射，通过改变泵浦光I和泵浦光2的入射时间差，进而改变二者相遇产生布里渊的地点来实现，则每次只能测量一个点的双折射。利用这个方法，董永康等人首次实现了分布式保偏光纤双折射的测量(Yongkang Dong,Liang Chen,and Xiaoyi Bao,“Truly distributed birefringence measurement of polarization-maintaining fibers based on transient Brillouin grating,，，Optics Letters, Vol. 35，No. 2，193,2010)。在这个方案中，两个传输方向相反的高功率、窄脉冲的泵浦光(即泵浦光I和泵浦光2)被注入到保偏光纤的一个光学主轴里产生布里渊动态光栅，然后一个长脉冲的探测光在时间上紧跟着泵浦脉冲2被注入到保偏光纤的另外一个光学主轴里。在这个方案中，空间分辨率是由泵浦光的脉宽决定的，泵浦光脉冲的脉宽越窄， 其空间分辨率越高，因此必须使用高功率的窄脉冲泵浦光来获取高空间分辨率，但是高功率的泵浦光在光纤中会产生其他的非线性效应，比如自相位调制和调制不稳定，因此光纤测量长度受到限制，无法实现长距离保偏光纤双折射的测量。该文献中使用脉宽为2ns、功率为30W的泵浦脉冲，2ns的脉宽获得20cm的空间分辨率，然而30W的高功率引起的非线性效应使光纤的测量长度只有Sm。此外，在这个方案中，每次只能测量光纤上的一个位置点， 分布式双折射的测量只能通过调节两束脉冲泵浦光的延时，沿着光纤扫描布里渊动态光栅产生的位置来实现，因此测量时间非常长。
发明内容
本发明目的是为了解决现有测量保偏光纤双折射技术测量时间非常长，长距离和高空间分辨率不能同时满足的问题，提供了一种基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置。本发明所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，在待测保偏光纤的一端入射泵浦脉冲光，并跟随入射探测脉冲光，所述泵浦脉冲光入射至待测保偏光纤的一个光学主轴，所述探测脉冲光入射至待测保偏光纤的另一个光学主轴，在待测保偏光纤的另一端入射连续泵浦光，所述连续泵浦光与所述泵浦脉冲光入射至同一个光学主轴上，所述连续泵浦光与所述泵浦脉冲光在待测保偏光纤内相遇并发生受激布里渊散射产生布里渊动态光栅；所述探测脉冲光被布里渊动态光栅反射，获取待测保偏光纤每个位置点的反射光强，多次注入泵浦脉冲光和不同频率的探测脉冲光，获取不同频率的探测脉冲光入射时的待测保偏光纤每个位置点的反射光强，进而获取所述待测保偏光纤每个位置点的布里渊反射光谱，进而获取所述待测保偏光纤每个位置点的双折射。获取待测保偏光纤的双折射的过程为注入η次不同频率探测脉冲光，检测第I η次探测光与泵浦脉冲光之间的频率 H Av1 Δ V2. . . Δ Vi. . . Δ νη,同时记录每次注入不同频率探测脉冲光时，探测脉冲光被布里渊动态光栅反射的反射光光强，每个探测光与泵浦脉冲光之间的频率差Avi对应的反射光光强序列为I1+ I2-I . . .，Ij-i，. . .，Im-i η个反射光光强序列形成反射光光强矩阵B
权利要求
1.基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，在待测保偏光纤的一端入射泵浦脉冲光，并跟随入射探测脉冲光，所述泵浦脉冲光入射至待测保偏光纤的一个光学主轴，所述探测脉冲光入射至待测保偏光纤的另一个光学主轴，其特征在于，在待测保偏光纤的另一端入射连续泵浦光，所述连续泵浦光与所述泵浦脉冲光入射至同一个光学主轴上，所述连续泵浦光与所述泵浦脉冲光在待测保偏光纤内相遇并发生受激布里渊散射产生布里渊动态光栅；所述探测脉冲光被布里渊动态光栅反射，获取待测保偏光纤每个位置点的反射光强，多次注入泵浦脉冲光和不同频率的探测脉冲光，获取不同频率的探测脉冲光入射时的待测保偏光纤每个位置点的反射光强，进而获取所述待测保偏光纤每个位置点的布里渊反射光谱，进而获取所述待测保偏光纤每个位置点的双折射。
2.根据权利要求I所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，其特征在于，所述泵浦脉冲光的脉宽为20ns 100ns。
3.根据权利要求I所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，其特征在于，所述探测脉冲光的脉宽为Ins 10ns。
4.根据权利要求I所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，其特征在于，探测脉冲光滞后所述泵浦脉冲光Ons 20ns。
5.根据权利要求4所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，其特征在于，探测脉冲光的波长在1550nm± IOnm之间变化，来实现输出不同频率的探测脉冲光。
6.根据权利要求I至5任一权利要求所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法，其特征在于，获取待测保偏光纤的双折射的过程为注入η次不同频率探测脉冲光，检测第I η次探测光与泵浦脉冲光之间的频率差 Δ V1 Δ V2. . . Δ Vi. . . Δ νη,同时记录每次注入不同频率探测脉冲光时，探测脉冲光被布里渊动态光栅反射的反射光光强，每个探测光与泵浦脉冲光之间的频率差Avi对应的反射光光强序列为I1+ I2-I · · ·，Ij-i，· · ·，Im-i η个反射光光强序列形成反射光光强矩阵B
7.实现权利要求I所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法的装置，其特征在于，它包括连续泵浦光光源(30)、泵浦脉冲光光源(31)、探测脉冲光光源 (32)、第三光纤耦合器(16)、第一探测器(17)、频率计数器(18)、第六光纤耦合器(19)、第二探测器(20)、频谱分析仪(21)、脉冲发生器(22)、第四光纤偏振控制器(23)、光纤环形器(24)、第五光纤偏振控制器(25)、光纤偏振合束器(26)、第三探测器(27)、数据采集卡(28) 和计算机(29)，连续泵浦光光源(30)包括第一激光器(I)，泵浦脉冲光光源(31)包括第二激光器 (6)，探测脉冲光光源(32)包括第三激光器(11)，连续泵浦光光源(30)输出连续泵浦光入射至待测保偏光纤的一个光学主轴中，泵浦脉冲光光源(31)的泵浦脉冲光输出端与第四光纤偏振控制器(23)的输入端相连，第四光纤偏振控制器(23)的输出端与光纤偏振合束器(26)同轴入射端相连,所述泵浦脉冲光入射至待测保偏光纤的一个光学主轴中，连续泵浦光和泵浦脉冲光入射至测待测保偏光纤的同一光学主轴；探测脉冲光光源(32)的探测脉冲光输出端与光纤环形器(24)的第一端口相连，光纤环形器(24)的第二端口与第五光纤偏振控制器(25)的输入端相连,第五光纤偏振控制器(25)的输出端与光纤偏振合束器(26)的异轴入射端相连,光纤环形器(24)的第三端口与第三探测器(27)的数据采集端相连相连，第三探测器(27)的数据输出端与数据采集卡 (28)的数据采集端相连，数据采集卡(28)的数据输出端与计算机(29)的输入端相连；脉冲发生器(22)的泵浦光脉冲驱动端与泵浦脉冲光光源(31)的脉冲控制端相连， 脉冲发生器(22)的探测光脉冲驱动端与探测脉冲光光源(32)的脉冲控制端相连， 脉冲发生器(22)的同步触发端与数据采集卡(28)的同步采集始能端相连；第三光纤I禹合器(16)以50 : 50的比例I禹合第一激光器(I)的输出光和第二激光器(6)的输出光，并通过第一探测器(17)和频率计数器(18)实现测量第一激光器(I)的输出光和第二激光器(6)的输出光的频率差，并控制第二激光器(6)的发射频率，以保证连续泵浦光和泵浦脉冲光的频率差为待测保偏光纤的布里渊频移，第六光纤I禹合器(19)以50 : 50的比例I禹合第一激光器(I)的输出光和第三激光器(11)的输出光，并通过第二探测器(20)和频谱分析仪(21)实现测量连续泵浦光和探测脉冲光的频率差，并将频谱分析仪(21)测量结果输出给计算机(29)。
8.根据权利要求7所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量装置，其特征在于，连续泵浦光光源(30)还包括第一光纤耦合器(2)、第四光纤耦合器(3)、第一光纤偏振控制器(4)和光纤偏振器(5),第一激光器(I)输出的连续光光束进入第一光纤I禹合器(2),第一光纤I禹合器(2)输出 90% 95%的光进入第四光纤f禹合器(3)，第四光纤f禹合器(3)输出90% 95%的光进入第一光纤偏振控制器(4),第一光纤偏振控制器(4)输出光束经过光纤偏振器(5)输出泵浦连续光，第一光纤I禹合器(2)输出5% 10%的光进入第三光纤f禹合器(16),第四光纤I禹合器(3)输出5% 10%的光进入第六光纤f禹合器(19)。
9.根据权利要求7所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量装置，其特征在于，泵浦脉冲光光源(31)还包括第二光纤稱合器(7)、第二光纤偏振控制器(8)、第一光电调制器(9)和第一掺铒光纤放大器(10),第二激光器(6)输出的泵浦光束进入第二光纤I禹合器(7),第二光纤f禹合器(7)输出 90% 95%的光进入第二光纤f禹合器(7),第二光纤f禹合器(7)输出5% 10%的光进入第三光纤I禹合器(16)；第二光纤I禹合器(X)输出90% 95%的光进入第二光纤偏振控制器(8),第二光纤偏振控制器(8)输出的光进入第一光电调制器(9)，第一光电调制器(9)经脉冲发生器(22) 触发后输出泵浦脉冲光，并经第一掺铒光纤放大器(10)放大后输出。
10.根据权利要求7所述基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量装置，其特征在于，探测脉冲光光源(32)还包括第三光纤偏振控制器(12)、第五光纤耦合器(13)、 第二光电调制器(14)和第二掺铒光纤放大器(15),第三激光器(11)输出的探测光光束进入第三光纤偏振控制器(12),第三光纤偏振控制器(12)输出的光束进入第五光纤I禹合器(13),第五光纤f禹合器(13)输出90% 95%的光进入第二光电调制器(14),第五光纤f禹合器(13)输出5% 10%的光进入第六光纤f禹合器(19)，第二光电调制器(14)经脉冲发生器(22)触发后输出探测脉冲光，并经第二掺铒光纤放大器(15)放大后输出。
全文摘要
基于布里渊动态光栅的分布式保偏光纤双折射测量方法及装置，属于光学领域，本发明为解决现有测量保偏光纤双折射技术测量时间非常长，长距离和高空间分辨率不能同时满足的问题。本发明方法在待测保偏光纤的一端入射泵浦脉冲光，并跟随入射探测脉冲光，在待测保偏光纤的另一端入射连续泵浦光，连续泵浦光与泵浦脉冲光入射至同一个光学主轴上，探测脉冲光入射至另一个光学主轴，连续泵浦光与泵浦脉冲光在待测保偏光纤内相遇并发生受激布里渊散射产生布里渊动态光栅；探测脉冲光被光栅反射，多次注入泵浦脉冲光和不同频率的探测脉冲光，获取不同频率时的待测保偏光纤每个位置点的反射光强，进而获取待测保偏光纤每个位置点的双折射。
文档编号G01M11/02GK102589857SQ20121005981
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者吕志伟, 董永康 申请人:哈尔滨工业大学