单模光纤干涉仪中的偏振问题研究

摘要

在传感技术中干涉型光纤传感器以其高灵敏度早就引起了人们的重视,并且在诸多领域中得到了应用。光信号的偏振衰落问题一直是光纤技术中的一个难题,虽然可以采用保偏光纤来克服,但成本昂贵,因此研究单模光纤中的偏振问题并实现全光纤系统的偏振衰落动态补偿技术意义重大。
　　 本文在简要地介绍了光纤中的偏振理论以及单模光纤中偏振态变化的影响因素的基础上,着重分析了光纤的扭转作用引入的双折射效应。首先利用耦合模理论求解了单模光纤扭转的几何效应和应力效应,研究了扭转应力下的介电常量变化。然后给出了线延迟器、圆延迟器和椭圆延迟器的Poincaré球描述,并分析了扭转作用下的延迟和旋光效应,进一步研究扭转率、输入偏振光方位角、光纤长度、光纤固有特性(椭圆度)等对单模光纤偏振态演变的影响。结合Mach-Zehnder单模光纤干涉仪,简要介绍了各光学器件的传输矩阵,给出了干涉仪的输出光强,并通过仿真研究了输入偏振光方位角对输出光信号的幅度、附加相移的影响。
　　 在以上分析的基础上,设计了基于光纤扭转的全光纤偏振衰落动态补偿装置,由步进电机低速控制光纤扭转。简要介绍了设计的机械装置,分析了光信号处理和步进电机控制电路,给出了软件控制方案,进而通过实验验证了该系统的可行性,并讨论了该方法能实现的偏振衰落补偿性能。