邁克爾遜干涉儀測量保偏光纖串音的方法研究

鄭光金

（中國電子科技集團公司第41研究所 山東 青島 266555）

0 引言

隨著光通信技術的不斷發展，保偏光纖已在光互連、光傳感以及導航中得到了廣泛應用。由于各種內、外部擾動，如制造缺陷以及外部壓力等原因都會引起保偏光纖中一個偏振模式耦合到另外一個偏振態上，因此，對保偏光纖偏振特性參數的檢測至關重要。串音的測量方法很多，通常都是直接測量沿保偏光纖兩個偏振方向的光強，通過光強之比求出串音，這時往往需要使用偏振器和頻繁調節光路，從而引起誤差，而相干探測法可以有效的克服這些缺點[1－4]。

1 測量原理及測量系統

很多文章已經介紹了用白光干涉法測量保偏光纖偏振耦合強度的方法，其測量原理如圖1所示。當線偏振光進入保偏光纖的一個主軸軸中傳輸，在某一點發生偏振耦合時，一部分光耦合到另一個主軸上，形成另一偏振模式，偏振光經保偏光纖后用起偏器將兩個垂直偏振模式投影到同一偏振方向，當計算機采集系統通過微調控制系統驅動邁克爾遜干涉儀活動臂進行水平移動，邁克爾遜干涉儀的兩個干涉臂引入的光程差相等時，產生光強主極大值；如果引入的光程差補償了兩臂光信號中不同偏振態間的光程差，產生光強次極大值。測控軟件利用測得的干涉主極大值和次極大值進行解析計算就得到了該耦合點的耦合強度。同時精密位移臺位移量和保偏光纖的相對折射率差ΔNb得到該耦合點到光纖出射端的距離l。隨著活動臂的不斷移動，可以分別測出保偏光纖不同耦合點的耦合強度，其測量原理如圖1所示。

圖1 白光干涉法測量原理圖

假設偏振光在保偏光纖某一偏振主軸（折射率為nx）中入射傳輸，在出射端經過一個起偏器后的場強為：Aexp（iφ0）sinθ，θ表示起偏器與耦合主軸的夾角，保偏光纖的耦合點場強依次為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分別是各耦合點到保偏光纖出射端的距離。如果干涉儀的兩個干涉臂等長時，光電探測器得到的干涉主場強為：

移動臂進行掃描后，則依次有干涉次場強：

假設x=Acosθ，y＝asinθ，則該點的偏振耦合強度ha為

從公式（3）可知保偏光纖內部某一點的偏振耦合強度與起偏器的偏振角度有關，適當的改變起偏器的起偏角度可以提高邁克爾遜干涉儀串音測量的測量準確度。根據保偏光纖串音定義：

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

2 實驗驗證

圖2 保偏光纖串音測量結果

為了驗證白光干涉儀測量保偏光纖偏振耦合強度和串音的有效性，利用邁克爾遜干涉儀對某一保偏光纖進行測量，光纖長5m，拍長為2.17mm,實驗結果如圖2所示。

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

表1 保偏光纖跳線串音測量結果

3 結論

白光干涉法可以對保偏光纖的串音參數進行測量，并且能夠有效地克服光源、起偏系統的偏振特性對測量結果的影響，提高了測量準確度，還能從微觀細節上對保偏光纖偏振特性進行評價，測量精度在0.5dB以內，且測量過程無角度旋轉機構，測量簡單，重復性好。

［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試及數據采集分析[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.