一种光偏振参数测量方法与流程

本技术的实施例提供了一种光偏振参数测量方法。具体地，本技术涉及一种使用市售的常规检偏器对光信号的偏振消光比进行测量的方法。

背景技术：

1、在光纤通信系统中，偏振光一般通过保偏光纤及连接器实现信号在元器件间的传输。所以，大多数情况下，偏振消光比per用来描述偏振光输入保偏光纤时的耦合质量。消光比特性参数的测量方法有两种：一是常用的旋转偏振器法，即在偏振器旋转的同时，探测并记录偏振分量；二是庞加莱球法，该方法是通过分析描述偏振特性的斯托克斯参数推出消光比的。由于旋转偏振器测量法更简易，因此其应用范围显著高于庞加莱球的应用范围[1]。旋转偏振器测量法原理是：在检偏器旋转过程中，假设入射光为完全线偏振光，当入射光的偏振方向恰与起偏器的起偏方向一致时(即，偏振主轴方向)，光电探测器探测到的出射光功率pmax最大；当入射偏振方向恰与起偏方向垂直时(即，垂直主轴方向)，探测到的出射光功率pmin最小。最后，消光比per由公式(1)计算得出[2]：

2、

3、通过公式(1)测量per的方法有两种，一种是直接旋转待测光学元件[3][4]，另一种是直接旋转偏振器[5]，该两种方式具有等价性，都可以改变入射偏振方向与起偏方向的相对夹角。在旋转光学元件/偏振器的过程中，连续不间断地测量并记录出射光功率，并从所有记录的光功率测量值中获得pmax以及pmin，进而通过计算获得per。文献[1]-[5]的per测量方法均是基于公式(1)而进行的。

4、但是，公式(1)只是一种近似计算。记入射偏振光在在其偏振主轴方向和垂直主轴方向的光强分量(线性单位)分别为y0以及x0。类似公式(1)，入射光per(线性单位)等于y0以及x0的比值，如以分贝表示，可由公式(2)表征：

5、

6、在理想状态下，由于其偏振主轴方向和垂直主轴方向互相垂直，因此出射光光强y1和x1应该只包括对应方向的y0和x0的投影；但在实际的条件中，出射光主轴方向的光强事实上会包含一部分入射光在垂直主轴方向上的投影(出射光垂直主轴方向也与此同理)，该过程可以使用公式(3)表示：

7、

8、其中，r是检偏器的垂直主轴方向分量与偏振主轴方向分量(公式(3)中归一化为1)的比值(线性单位)，在实际中，0<r<1。此时，出射光偏振消光比(分贝)可以使用公式(4)表征：

9、

10、文献[1]-[5]的测量方法均是使用r1近似r0。由(4)式可知，当且仅当r＝0的时候，(2)式等于(4)式。由于r的倒数对应偏消光比r，因此也可以理解为检偏器的偏消光比r无穷大时，(2)式方等于(4)式(或者，也可以说检偏器的偏消光比r无穷大时(1)式才成立)。例如，使用per为30db的检偏器测量per为45db的光信号，仅能测得29.86db的per，误差超过15db；将检偏器per提高到50db，才能测得43.81db的偏振消光比，误差仍大于1db。因此，采用公式(1)进行测量的所有方法中所得到的r1值实际上都是小于r0值的。而在光学领域，检偏器的制造成本(或采购价格)与其偏振消光比近似呈几何递增关系，尤其是对于r>35db的情形，r增加1db的话，检偏器的制造成本几乎翻倍增长,例如，假设检偏器的面积是一致的，per为40db的检偏器的价格至少比35db高出一倍。并且，在商业市场而言，由于成品率低的缘故，per达到40db的国产检偏器极难获取；目前对偏振消光比尤其是高偏振消光比(大于35db以上)的精确测量，往往需要高一个数量级(约10db以上)的检偏器实现，而由于材料和工艺的限制，这种高消光比检偏器不仅价格昂贵，而且被少数几个国外商业公司垄断；，使得用户难以在成本低廉的前提下对入射光进行测量。

11、在现有技术中，确实有部分的技术文献采取了不同于公式(1)的测量方案。例如，文献[6]通过测量多个测量点的耦合强度并对其进行加总来获得出射光的消光比。但是，相对于基于公式(1)的测量方法而言，文献[6]并没有对测量方法本身进行简化；并且，由于需要对多个测量点的耦合强度进行加总，相对于公式(1)的方法，其计算量还反而有所增加。

12、因此，需要一种能够便捷、精确地测量入射消光比并且不需要大幅度提高偏振器自身消光比的方法。

13、本技术说明书使用的参考文献标号列示如下，所有参考文献的格式参照gb/t7714-2015的要求：

14、[1]赵素英,王绪峦,张宁伟,刘霖,叶玉堂.光纤通信中偏振光消光比测量方法的研究[j].红外,2007(09):25-28+46.

15、[2]王冠钧,严海东.偏振消光比测量系统研究[j].计量技术,2019(01):26-28.

16、[3]樊仲维,孙海江,王家赞.光学参数测量装置及静态消光比的测量方法[p].北京：cn102338691a,2012-02-01.

17、[4]樊仲维,孙海江,王家赞.静态消光比测量装置及静态消光比测量方法[p].北京：cn102338692a,2012-02-01.

18、[5]陈帮,谢德权,杨奇.空间偏振光消光比测量装置及方法[p].湖北省：cn104034513b,2016-08-17.

19、[6]张红霞,温国强,郑光金,陈信伟,贾大功,叶雯婷,刘铁根,张以谟.光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置[p].天津市：cn102183360b,2015-09-30.

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种光偏振参数测量方法，该方法使用光偏振参数测量装置测量入射光的偏振消光比per，该光偏振参数测量装置包括：马达；检偏器，该检偏器能够由该马达从侧面边缘带动而被旋转；被测光信号输入端，其位于该检偏器的第一侧；光电探测器，其位于该检偏器的第二侧并且连接到光电流检测单元；控制和数据处理单元，其分别连接并控制该马达、该光电流检测单元；封装结构，该封装结构对该马达、检偏器、被测光信号输入端、光电探测器以及控制和数据处理单元起到了包裹、安装、固定的作用，并且隔绝外部光信号，使得被测光信号只能从所示被测光信号输入端进入；其中，该方法包括：致动该马达，使其转动到多个指定位置；激活该被测光信号输入端，以接收在该多个指定位置测得的多个被测光信号并通过该光电流检测单元将该多个被测光信号转换为回送给该控制和数据处理单元的数字信号；从该回送给该控制和数据处理单元的数字信号中选出光强信号的最大值和最小值，并根据该光强信号的最大值和最小值之比计算得出该被测光信号的出射消光比；其中：将该被测光信号的出射消光比代入第一预定公式，从而得到该被测光信号的入射消光比：其中，该第一预定公式是：其中，r是该检偏器的偏振消光比，r′1是该被测光信号的出射消光比，r′0是该被测光信号的入射消光比；其中，该r是在该光偏振参数测量装置出厂前通过以下步骤得到的：致动至少一个标准光源，使其向该检偏器的第一侧发射标准光信号；致动至少一个标准消光比测试仪，使其该检偏器的第一侧和该检偏器的第二侧检测标准光信号的标准入射偏振消光比和标准出射偏振消光比；将该标准入射偏振消光比和该标准出射偏振消光比代入第二预定公式，以计算检偏器的偏振消光比r；其中，该第二预定公式是：其中，r0是该标准入射偏振消光比，r1是该标准出射偏振消光比。

2、与文献[1]-[5]相比，本技术实施例提供的测量方法能够使用市售的检偏器实现高入射per的精确测量，从而降低了用户测量入射光参数的成本；其不需要对入射光per测量装置进行大幅度改进，因此本装置具有极强的通用性，生产厂家可以轻易地利用市售的材料、器件来生产根据本技术实施例提供的光偏振参数测量装置；对于用户而言，测量入射消光比的过程与文献[1]-[5]的过程高度相似，用户无需重新学习测量消光比的操作方法，因此本技术实施例提供的方法与文献[6]相比，具有操作上的简便性，方便用户使用。