光学相干偏振测量中噪声抑制与误差校正研究

摘要

基于扫描式白光干涉原理的光学相干偏振测量技术（OCDP）作为偏振特性测量与评估的有效方法，能对保偏光纤、Y波导等器件的偏振参数实现高精度测量，对保证光纤陀螺的互易性具有关键作用。OCDP通过光程扫描识别并定位偏振串音，但由于机械位移台自身结构的缺陷导致光学延迟线非均匀扫描进而引起扫描误差，产生非理想等光程的扫描干涉信号，在理想干涉信号中引入调相项使得信号时域条纹宽窄不一，频谱带宽拓展且存在边带峰，对白光干涉主峰及各串扰峰的识别、处理及色散补偿算法的实现造成困难，进而影响OCDP系统测量灵敏度及精确度。
　　本文基于课题组白光测量的工作，针对扫描延迟线中机械位移台扫描速度抖动的校正方法展开研究，分析并抑制系统光电噪声，实现了具有扫描误差校正的OCDP测量系统，最终对系统性能及典型器件进行测试。具体研究内容为：
　　（1）介绍了基于白光干涉原理的OCDP偏振耦合测试机理；理论分析了光学延迟线扫描非均匀性对干涉信号产生的影响。
　　（2）采用均匀时间傅里叶变换重采样算法，对仿真信号及实测扫描干涉信号进行重采样验证，能够消除扫描误差产生的影响。分析重采样算法实现的关键性问题，在此基础完成了系统重采样及解调软件，获取了理想等光程均匀扫描干涉信号。
　　（3）构建了基于3×3耦合器的1310nm激光与1510nm白光共干涉光路Mach-Zehnder干涉测量系统，结合重采样算法使用激光参考信号完成对两种光源干涉信号的均匀性校正。同时，使用校正后的激光干涉信号实现对位移台扫描位置的测量。
　　（4）通过对系统光电噪声的分析，抑制并优化系统电路噪声，实现的低噪声光电探测电路噪声功率谱密度为-139.4dB/Hz。根据测量系统需求，设计并实现了光路、电路、信号处理及扫描控制软件，构建了具有光程扫描校正的OCDP测量系统。
　　综上，对文中实现的具有光程扫描校正的OCDP测量系统进行性能测试，在光程扫描速度为12mm/s时，系统探测灵敏度优于-90dB，动态范围优于90dB；当驱动方式较优时，光程扫描精度为1μm。通过对Y波导的多次测量，偏振消光比测试精度优于0.5dB。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要工作

第2章 扫描式白光干涉偏振测量原理

2.1 OCDP测试原理

2.2 光学延迟线非理想性对偏振测量结果的影响

2.3 本章小结

第3章 OCDP系统整体方案及其实现

3.1 OCDP整体测试方案

3.2 OCDP系统构成及性能分析

3.3 测试系统软硬件整体设计

3.4 本章小结

第4章 光程扫描位置与均匀性校正

4.1 基于3×3耦合器的干涉解调介绍

4.2 光程扫描均匀性校正算法

4.3 OCDP系统扫描误差校正及扫描位置测量结果

4.4 本章小结

第5章 OCDP系统光电噪声分析与性能优化

5.1 光电噪声分析及电路噪声抑制

5.2 OCDP系统性能指标测试

5.3 OCDP系统典型器件测试结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢