迈克尔逊干涉仪测量保偏光纤串音的方法研究

郑光金

（中国电子科技集团公司第41研究所 山东 青岛 266555）

0 引言

随着光通信技术的不断发展，保偏光纤已在光互连、光传感以及导航中得到了广泛应用。由于各种内、外部扰动，如制造缺陷以及外部压力等原因都会引起保偏光纤中一个偏振模式耦合到另外一个偏振态上，因此，对保偏光纤偏振特性参数的检测至关重要。串音的测量方法很多，通常都是直接测量沿保偏光纤两个偏振方向的光强，通过光强之比求出串音，这时往往需要使用偏振器和频繁调节光路，从而引起误差，而相干探测法可以有效的克服这些缺点[1－4]。

1 测量原理及测量系统

很多文章已经介绍了用白光干涉法测量保偏光纤偏振耦合强度的方法，其测量原理如图1所示。当线偏振光进入保偏光纤的一个主轴轴中传输，在某一点发生偏振耦合时，一部分光耦合到另一个主轴上，形成另一偏振模式，偏振光经保偏光纤后用起偏器将两个垂直偏振模式投影到同一偏振方向，当计算机采集系统通过微调控制系统驱动迈克尔逊干涉仪活动臂进行水平移动，迈克尔逊干涉仪的两个干涉臂引入的光程差相等时，产生光强主极大值；如果引入的光程差补偿了两臂光信号中不同偏振态间的光程差，产生光强次极大值。测控软件利用测得的干涉主极大值和次极大值进行解析计算就得到了该耦合点的耦合强度。同时精密位移台位移量和保偏光纤的相对折射率差ΔNb得到该耦合点到光纤出射端的距离l。随着活动臂的不断移动，可以分别测出保偏光纤不同耦合点的耦合强度，其测量原理如图1所示。

图1 白光干涉法测量原理图

假设偏振光在保偏光纤某一偏振主轴（折射率为nx）中入射传输，在出射端经过一个起偏器后的场强为：Aexp（iφ0）sinθ，θ表示起偏器与耦合主轴的夹角，保偏光纤的耦合点场强依次为a1exp[i（φ0＋k0nyl1）]cosθ、a2exp[i（φ0＋k0nyl2）]cosθ、anexp[i（φ0＋k0nyln）]cosθ、…，其中，ny为耦合主轴的折射率；l1、l2…ln分别是各耦合点到保偏光纤出射端的距离。如果干涉仪的两个干涉臂等长时，光电探测器得到的干涉主场强为：

移动臂进行扫描后，则依次有干涉次场强：

假设x=Acosθ，y＝asinθ，则该点的偏振耦合强度ha为

从公式（3）可知保偏光纤内部某一点的偏振耦合强度与起偏器的偏振角度有关，适当的改变起偏器的起偏角度可以提高迈克尔逊干涉仪串音测量的测量准确度。根据保偏光纤串音定义：

从公式（4）可知保偏光纤串音和保偏光纤的偏振耦合强度之间是可以相互转换的，偏振耦合强度是串音的微观细化，串音是偏振耦合强度的宏观体现。

2 实验验证

图2 保偏光纤串音测量结果

为了验证白光干涉仪测量保偏光纤偏振耦合强度和串音的有效性，利用迈克尔逊干涉仪对某一保偏光纤进行测量，光纤长5m，拍长为2.17mm,实验结果如图2所示。

测得光纤长度为5.09m，其中耦合点2~11为光纤固有耦合点。耦合点1、12为跳线角度失配引起的，取-60dB以上耦合点作为有效测量耦合点；如果用消光比测试仪测量该保偏光纤跳线，测量其串音为-23.6dB，其测量结果如表1所示。

表1 保偏光纤跳线串音测量结果

3 结论

白光干涉法可以对保偏光纤的串音参数进行测量，并且能够有效地克服光源、起偏系统的偏振特性对测量结果的影响，提高了测量准确度，还能从微观细节上对保偏光纤偏振特性进行评价，测量精度在0.5dB以内，且测量过程无角度旋转机构，测量简单，重复性好。

［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］唐锋,井文才,张以谟,周革,李海峰,满小明,贾大功.白光干涉法偏振耦合测试及数据采集分析[J].光电工程,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.