偏振相差检测校准方法及偏振相差检测校准系统与流程

本发明涉及光隔离检测校准，特别涉及一种偏振相差检测校准方法及偏振相差检测校准系统。

背景技术：

1、在工业光纤激光器中，光隔离器用于防止光源受到由背向反射信号产生的不良影响，背向反射信号光可能损坏激光器，使得激光器产生跳模，振幅变化或者频移，在高功率激光器中，这种背向反射光的影响尤其明显，并且背向反射光在高功率激光器中还会导致激光器输出功率的不稳定和功率尖峰，造成激光器损坏。

2、针对高功率激光器出现的背向反射光问题，当前主要手段是在输出端引入光隔离器，利用光隔离非偏振非互易特性，改变背向反射光路径，进而避免背向反射光返回到激光器内部。换而言之，光隔离器偏振特性的好坏直接影响着光隔离器的拦截背向反射光的性能，而衡量偏振特性的好坏主要为偏振相差。现有技术中缺少对光隔离器的偏振相差进行检测的方法，因此难以对光隔离器的质量进行评估，导致影响对高功率激光器的质量控制。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种偏振相差检测校准方法及偏振相差检测校准系统，旨在解决现有技术中缺少对光隔离器的偏振相差进行检测的方法、难以对光隔离器的质量进行评估的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的偏振相差检测校准方法基于干涉图样获取装置，所述干涉图样获取装置包括用以沿所述光隔离器的出光方向依次设置的四分之一波片、偏振结构及检测相机，所述偏振结构包括多组偏振单元，各所述偏振单元包括四个线偏振微元，所述四个线偏振微元的偏振夹角两两相差45°，各所述线偏振微元能透过对应偏振方向的偏振光束，以形成对应的四帧干涉图样，所述检测相机用以检测所述干涉图样；

3、所述偏振相差检测校准方法包括以下步骤：

4、获取多组所述四帧干涉图样，并将每一组所述四帧干涉图样中对应帧的干涉图样确定合成干涉图样，以确定四帧合成干涉图样；

5、根据所述四帧合成干涉图样确定与之对应的椭圆表达式，并根据所述椭圆表达式确定椭圆系数；

6、根据所述椭圆系数拟合出椭圆图形，并根据所述椭圆图形相对标准圆图形的偏离程度确定偏振相差。

7、可选地，根据所述四帧干涉图样确定与之对应的椭圆表达式，并根据所述椭圆表达式确定椭圆系数，包括：

8、确定所述四帧合成干涉图样的三角函数表达式，并对四个所述三角函数表达式进行变换，以构建对应的椭圆表达式；

9、利用最小二乘法对所述椭圆表达式进行拟合求解，以构建最小二乘法表达式；

10、对所述最小二乘法表达式进行一阶偏导数求解，以获取椭圆系数。

11、可选地，所述合成干涉图样的三角函数表达式如下：

12、i1＝a+bcos(φ+ε1)   (1)

13、

14、i3＝a+bcos(φ+π+ε3)   (3)

15、

16、其中，a和b分别为所述光隔离器的背景强度和调制振幅，φ为真实相位，ε1、ε2、ε3和ε4为偏振光学元件偏振相差所引起的相差。

17、可选地，对四个所述三角函数表达式进行变换，以构建对应的椭圆表达式，包括：

18、对所述三角函数表达式(1)～(4)进行变换，以消除直流项a，其变换后的中间数学表达式如下：

19、n＝i4-i2＝axsinφ   (5)

20、d＝i1-i3＝aycos(φ+ε)   (6)

21、其中，在上述中间数学表达式中，

22、根据所述中间数学表达式(5)和(6)构建椭圆表达式，所述椭圆表达式如下：

23、

24、可选地，利用最小二乘法对所述椭圆表达式进行拟合求解，以构建最小二乘法表达式，包括：

25、对椭圆表达式(7)进行拟合求解，以构建最小二乘法表达式如下：

26、

27、其中，对所述最小二乘法表达式进行一阶偏导数求解，即可获取所述椭圆系数。

28、可选地，在所述根据所述椭圆系数拟合出椭圆图形，并根据所述椭圆图形相对标准圆图形的偏离程度获取偏振相差的步骤之后，还包括：

29、根据校正数学表达式对偏振相差进行校正，以确定校正角度；

30、所述校正数学表达式如下：

31、

32、所述校正角度的求解公式如下：

33、

34、其中，结合所述椭圆系数能够求解出ax和ay，进而求解出θ。

35、可选地，多组所述四帧干涉图样采用间隔采样的方式获取。

36、为实现上述目的，本发明提出的偏振相差检测校准系统用于对光隔离的偏振相差进行检测校准，所述偏振相差检测校准系统包括：

37、干涉图样获取装置，包括用以沿光隔离器的出光方向依次设置的四分之一波片、偏振结构及检测相机，所述偏振结构包括多个偏振单元，各所述偏振单元包括四个线偏振微元，所述四个线偏振微元的偏振夹角相差45°，各所述线偏振微元能透过对应偏振方向的偏振光束，以形成对应的四帧干涉图样；以及，

38、检测校准控制装置，电性连接所述检测相机，以根据多组所述四帧干涉图样对光隔离器的偏振相差进行定量求解。

39、可选地，所述检测校准控制装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器的偏振相差检测校准程序，所述处理器执行所述偏振相差检测校准程序实现上述任一项所述的偏振相差检测校准方法的步骤。

40、可选地，多个所述偏振单元呈矩形阵列排布。

41、本发明提供的技术方案中，由所述检测相机获取的多组四帧干涉图样中均包含了光隔离器的偏振相差信息，因此通过图像合成的方式能够确定最终的四帧合成干涉图样，而将这四帧合成干涉图样转变为椭圆方程并求解出椭圆系数，再根据椭圆系数拟合出椭圆图形，最终根据椭圆图形偏离标准圆图形的程度即可确定对应的偏振相差，如此即完成了对光隔离器的偏振相差的定量求解，实现了对光隔离器的偏振特性的评估，有利于对高功率激光器的质量控制。

技术特征：

1.一种偏振相差检测校准方法，基于干涉图样获取装置，其特征在于，所述干涉图样获取装置包括用以沿所述光隔离器的出光方向依次设置的四分之一波片、偏振结构及检测相机，所述偏振结构包括多组偏振单元，各所述偏振单元包括四个线偏振微元，所述四个线偏振微元的偏振夹角两两相差45°，各所述线偏振微元能透过对应偏振方向的偏振光束，以形成对应的四帧干涉图样，所述检测相机用以检测所述干涉图样；

2.如权利要求1所述的偏振相差检测校准方法，其特征在于，根据所述四帧干涉图样确定与之对应的椭圆表达式，并根据所述椭圆表达式确定椭圆系数，包括：

3.如权利要求2所述的偏振相差检测校准方法，其特征在于，所述合成干涉图样的三角函数表达式如下：

4.如权利要求3所述的偏振相差检测校准方法，其特征在于，对四个所述三角函数表达式进行变换，以构建对应的椭圆表达式，包括：

5.如权利要求4所述的偏振相差检测校准方法，其特征在于，利用最小二乘法对所述椭圆表达式进行拟合求解，以构建最小二乘法表达式，包括：

6.如权利要求5所述的偏振相差检测校准方法，其特征在于，在所述根据所述椭圆系数拟合出椭圆图形，并根据所述椭圆图形相对标准圆图形的偏离程度获取偏振相差的步骤之后，还包括：

7.如权利要求1至6任一项所述的偏振相差检测校准方法，其特征在于，多组所述四帧干涉图样采用间隔采样的方式获取。

8.一种偏振相差检测校准系统，用于对光隔离的偏振相差进行检测校准，其特征在于，所述偏振相差检测校准系统包括：

9.如权利要求8所述的偏振相差检测校准系统，其特征在于，所述检测校准控制装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器的偏振相差检测校准程序，所述处理器执行所述偏振相差检测校准程序实现如权利要求1至7任一项所述的偏振相差检测校准方法的步骤。

10.如权利要求8所述的偏振相差检测校准系统，其特征在于，多个所述偏振单元呈矩形阵列排布。

技术总结
本发明公开一种偏振相差检测校准方法及偏振相差检测校准系统，偏振相差检测校准方法基于干涉图样获取装置，干涉图样获取装置包括多组偏振单元，各偏振单元包括四个线偏振微元，四个线偏振微元的偏振夹角两两相差45°，各线偏振微元能透过对应偏振方向的偏振光束，以形成对应的四帧干涉图样；偏振相差检测校准方法包括：获取多组四帧干涉图样，并将每一组四帧干涉图样中对应帧的干涉图样拟确定合成干涉图样，以确定四帧合成干涉图样；根据四帧干涉图样确定与之对应的椭圆表达式，并根据椭圆表达式确定椭圆系数；根据椭圆系数拟合出椭圆图形，并根据椭圆图形相对标准圆图形的偏离程度确定偏振相差，以实现对光隔离器性能的深层次评估。

技术研发人员：淳秋垒,冷卓燕,闫大鹏
受保护的技术使用者：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17