保偏光纤的偏振耦合检测及偏振轴连接对准的研究

论文摘要

论文系统分析了利用光纤输出消光比来测量光纤内部的偏振模耦合的原理,利用该原理提出一种判断保偏光纤与其他波导间的偏振主轴是否匹配对准的方法。设计并实现了保偏光纤的偏振耦合检测及偏振轴连接对准实验装置。利用该装置可以有效的检测出光纤通信或传感中的保偏光纤偏振耦合情况,并实现光纤波导间的偏振轴匹配,使由于连接而造成的偏振耦合达到最小,对改善光纤传感器的性能具有重要的意义。采用琼斯矩阵方法分析了当保偏光纤与另一具有偏振主轴的波导连接时,其内部的两个偏振分量间的相位差和它与这个波导间的偏振轴夹角对光纤输出消光比的影响关系,证明了当这个连接达到完全偏振匹配(两个波导的偏振轴夹角为N×90°)时光纤的输出消光比不随其内部偏振相位差变化。据此提出采用PZT相位调制器对光纤内部偏振相位差进行正弦调制,采用步进电机驱动光纤输出端的精密旋转,再通过适当的信号处理电路求得光纤输出消光比,从而获得光纤内部的偏振模耦合,以及判断光纤与另一波导偏振轴是否匹配对准。模拟计算结果表明,偏振匹配精确度可优于0.01°。根据测试原理进行了光路和电路的设计。光路部分包括耦合聚焦和准直透镜、光纤相位调制器和偏振棱镜的设计,电路部分包括PZT调制电源、步进电机控制驱动、光电采集电路,前置放大器,主放大器,滤波器,及除法器的设计。对系统进行了实验测试,并分析了影响因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 保偏光纤简介
• 1.1.1 保偏光纤的原理和参数
• 1.1.2 保偏光纤的结构类型
• 1.1.3 保偏光纤的参数测量
• 1.1.4 保偏光纤的应用
• 1.2 偏振模耦合的测量
• 1.3 研究目的与各章内容
• 1.3.1 研究目的与意义
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 偏振模耦合检测与偏振轴连接系统原理
• 2.1 光纤的模式理论与模式耦合
• 2.1.1 光纤的模式理论
• 2.1.2 光纤内部的偏振耦合
• 2.2 检测原理与方法
• 2.2.1 系统检测原理
• 2.2.2 系统检测方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统的光路设计
• 3.1 系统的整体光路设计
• 3.2 透镜设计
• 3.2.1 耦合透镜的设计
• 3.2.2 准直透镜的设计
• 3.3 相位调制器的设计
• 3.3.1 偏振控制器
• 3.3.2 PZT 相位调制器
• 3.4 偏振棱镜的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 电路设计与数据采集处理
• 4.1 电路的整体设计
• 4.2 调制电路
• 4.3 步进电机控制驱动
• 4.4 光电信号采集及处理
• 4.4.1 光电信号采集
• 4.4.2 放大器的设计
• 4.4.3 滤波器的设计
• 4.4.4 除法器的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 侧向压力对光纤偏转轴的影响
• 5.2 光源稳定性对测量结果的影响
• 5.3 温度对测量结果的影响
• 5.4 光学元件的空间位置对测试的影响
• 5.5 光电采集电路的频率特性与噪声分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附录