高精度光学相干域偏振检测系统的关键技术研究

摘要

保偏光纤具有保持其内部传输的光的偏振态能力，同时其和单模光纤也有较好的兼容性，因此其被广泛应用于光纤通信、光纤传感等领域。当保偏光纤受到如温度、压力、扭转、电磁场及内部应力缺陷等因素的影响时，将产生寄生偏振耦合现象，会影响其偏振保持能力，从而影响其所应用的系统的性能。保偏光纤偏振耦合检测的方法有很多，国内外有许多研究机构和公司也一直在对此进行研究，并且一些公司已经生产出若干的检测仪器。目前，研究的主要内容是提高可测量保偏光纤的长度、增加测试的动态范围、减少空间分辨率、降低测量时间。
　　 本文基于白光干涉原理，搭建一套全光纤光学相干涉域偏振检测(OCDP)系统；深入研究了整个系统及构成系统的若干的关键技术，通过理论与实验的不断印证，寻找提高系统检测精度的相应解决方案，具体的内容为：
　　 1、深入研究了OCDP系统的噪声抑制理论和方法。对影响系统性能的噪声如瑞利散射噪声、散粒噪声、光学相干拍噪声等进行了理论分析，说明其产生的机理；分析了光源的选择对干涉的影响，提出了采用差分探测来抑制光源RIN噪声的方法，经过噪声抑制后，系统的噪声本底可达到-84dB，动态范围同时保持在84dB；
　　 2、提出了OCDP系统的光程扫描扩展方法。利用保偏光纤光开关与电动位移台配合，通过切换保偏光纤光开关实现对干涉仪固定臂的扩展，并提出相应的光程接续与标定方法，从而实现了大范围光程扫描，通过此方法进行光程扫描后，实现了800mm的光程扫描范围；
　　 3、提出了保偏光纤线性双折射色散补偿方法。分析了色散对保偏光纤偏振耦合测量的影响，针对色散影响干涉包络的原理，提出了采用换向扫描来抑制长距离待测保偏光纤色散的方法；
　　 4、验证了温度对保偏光纤线性双折射的影响。在不同温度下利用OCDP对同一耦合点位置进行测量，发现随着温度的增高，耦合点位置距光纤出射端的距离不断减小，从而说明保偏光纤线性双折射随温度的增加而不断减小。