鄭光金

（中國電子科技集團(tuán)公司第41研究所 山東 青島 266555）

0 引言

隨著光通信技術(shù)的不斷發(fā)展，保偏光纖已在光互連、光傳感以及導(dǎo)航中得到了廣泛應(yīng)用。由于各種內(nèi)、外部擾動(dòng)，如制造缺陷以及外部壓力等原因都會(huì)引起保偏光纖中一個(gè)偏振模式耦合到另外一個(gè)偏振態(tài)上，因此，對(duì)保偏光纖偏振特性參數(shù)的檢測(cè)至關(guān)重要。串音的測(cè)量方法很多，通常都是直接測(cè)量沿保偏光纖兩個(gè)偏振方向的光強(qiáng)，通過光強(qiáng)之比求出串音，這時(shí)往往需要使用偏振器和頻繁調(diào)節(jié)光路，從而引起誤差，而相干探測(cè)法可以有效的克服這些缺點(diǎn)[1－4]。

1 測(cè)量原理及測(cè)量系統(tǒng)

很多文章已經(jīng)介紹了用白光干涉法測(cè)量保偏光纖偏振耦合強(qiáng)度的方法，其測(cè)量原理如圖1所示。當(dāng)線偏振光進(jìn)入保偏光纖的一個(gè)主軸軸中傳輸，在某一點(diǎn)發(fā)生偏振耦合時(shí)，一部分光耦合到另一個(gè)主軸上，形成另一偏振模式，偏振光經(jīng)保偏光纖后用起偏器將兩個(gè)垂直偏振模式投影到同一偏振方向，當(dāng)計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)通過微調(diào)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)邁克爾遜干涉儀活動(dòng)臂進(jìn)行水平移動(dòng)，邁克爾遜干涉儀的兩個(gè)干涉臂引入的光程差相等時(shí)，產(chǎn)生光強(qiáng)主極大值；如果引入的光程差補(bǔ)償了兩臂光信號(hào)中不同偏振態(tài)間的光程差，產(chǎn)生光強(qiáng)次極大值。測(cè)控軟件利用測(cè)得的干涉主極大值和次極大值進(jìn)行解析計(jì)算就得到了該耦合點(diǎn)的耦合強(qiáng)度。同時(shí)精密位移臺(tái)位移量和保偏光纖的相對(duì)折射率差ΔNb得到該耦合點(diǎn)到光纖出射端的距離l。隨著活動(dòng)臂的不斷移動(dòng)，可以分別測(cè)出保偏光纖不同耦合點(diǎn)的耦合強(qiáng)度，其測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 白光干涉法測(cè)量原理圖

假設(shè)偏振光在保偏光纖某一偏振主軸（折射率為nx）中入射傳輸，在出射端經(jīng)過一個(gè)起偏器后的場(chǎng)強(qiáng)為：Aexp（iφ0）sinθ，θ表示起偏器與耦合主軸的夾角，保偏光纖的耦合點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)依次為a1exp[i（φ0＋k0nyl1）]cosθ、a2exp[i（φ0＋k0nyl2）]cosθ、anexp[i（φ0＋k0nyln）]cosθ、…，其中，ny為耦合主軸的折射率；l1、l2…ln分別是各耦合點(diǎn)到保偏光纖出射端的距離。如果干涉儀的兩個(gè)干涉臂等長(zhǎng)時(shí)，光電探測(cè)器得到的干涉主場(chǎng)強(qiáng)為：

移動(dòng)臂進(jìn)行掃描后，則依次有干涉次場(chǎng)強(qiáng)：

假設(shè)x=Acosθ，y＝asinθ，則該點(diǎn)的偏振耦合強(qiáng)度ha為

從公式（3）可知保偏光纖內(nèi)部某一點(diǎn)的偏振耦合強(qiáng)度與起偏器的偏振角度有關(guān)，適當(dāng)?shù)母淖兤鹌鞯钠鹌嵌瓤梢蕴岣哌~克爾遜干涉儀串音測(cè)量的測(cè)量準(zhǔn)確度。根據(jù)保偏光纖串音定義：

從公式（4）可知保偏光纖串音和保偏光纖的偏振耦合強(qiáng)度之間是可以相互轉(zhuǎn)換的，偏振耦合強(qiáng)度是串音的微觀細(xì)化，串音是偏振耦合強(qiáng)度的宏觀體現(xiàn)。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖2 保偏光纖串音測(cè)量結(jié)果

為了驗(yàn)證白光干涉儀測(cè)量保偏光纖偏振耦合強(qiáng)度和串音的有效性，利用邁克爾遜干涉儀對(duì)某一保偏光纖進(jìn)行測(cè)量，光纖長(zhǎng)5m，拍長(zhǎng)為2.17mm,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

測(cè)得光纖長(zhǎng)度為5.09m，其中耦合點(diǎn)2~11為光纖固有耦合點(diǎn)。耦合點(diǎn)1、12為跳線角度失配引起的，取-60dB以上耦合點(diǎn)作為有效測(cè)量耦合點(diǎn)；如果用消光比測(cè)試儀測(cè)量該保偏光纖跳線，測(cè)量其串音為-23.6dB，其測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 保偏光纖跳線串音測(cè)量結(jié)果

3 結(jié)論

白光干涉法可以對(duì)保偏光纖的串音參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并且能夠有效地克服光源、起偏系統(tǒng)的偏振特性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度，還能從微觀細(xì)節(jié)上對(duì)保偏光纖偏振特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)量精度在0.5dB以內(nèi)，且測(cè)量過程無角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，測(cè)量簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。

［1］Hongxia Zhang,Yimo Zhang,Wencai Jing,Ge Zhou,and Feng Tang.Calibration of numerical aperture effects in double beam interferometers.Proc.Of SPIE Vol.5638:574－581.

［2］Wencai Jing,Yimo Zhang,Ge Zhou,Hongxia Zhang,Zhanhui Li, and Xiaoming Man.Rotation angle optimization of the polarization eigenmodes for detection of weak mode coupling in birefringent waveguides.Optics express,9 September 2002,10(18):972－977.

［3］唐鋒,井文才,張以謨,周革,李海峰,滿小明,賈大功.白光干涉法偏振耦合測(cè)試及數(shù)據(jù)采集分析[J].光電工程,2003,30(5):28－32.

［4］Haifeng Li，Ge Zhou,Xiaoming Man,Yimo Zhang.Measurement of polariztion mode coupling in polarization-maintaining fibers based on white light interference.proc.SPIE Vol.4920:505-509.