一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法技术

本发明专利技术设计属于光纤测量领域，具体涉及一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置‑幅值含义预估方法。本发明专利技术包括：明确待测保偏光纤中所有缺陷点个数和相应位置，记录缺陷点个数；对各个缺陷点耦合强度进行初始赋值；测量待测保偏光纤中，测量由缺陷点分开的区间光纤长度；设定待测保偏光纤每段区间光纤的线性双折射；明确待测保偏光纤接入测量系统对轴角度；根据缺陷点个数，缺陷点耦合强度，区间光纤长度，对轴角度输入到分析系统进行分析等。本发明专利技术推导出了干涉峰的位置‑强度一般表达式。给定位置的扫描光程，可直接选择所需公式即得到该干涉峰的幅值含义，简化计算流程，节省计算时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计属于光纤测量领域，具体涉及一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法。
技术介绍
保偏光纤是集成光学装置和光纤型干涉仪中的一种重要器件，同时也是分布式光纤传感的重要载体。由于保偏光纤具有很高的线性双折射，它可以提供两个相对独立的正交偏振传输轴——快轴和慢轴。一般地，两个轴上的传输光的偏振态得以很好保持。由于保偏光纤的内部结构缺陷或者外部的扰动等形成缺陷点，使得保偏光纤的两个正交偏振模式之间仍然可以发生的光能量耦合，我们称之为偏振模式耦合。偏振模式耦合可以用来评价偏振器件的特征，诸如保偏光纤之间的对轴、保偏光纤制造、Y波导的芯片偏振消光比测试等领域。2013年，武汉钜风科技有限公司公开了一种保偏光纤偏振模耦合分布的测量方法，利用光电探测器和矢量网络分析仪，能够测量50公里长的保偏光纤的偏振模耦合分布。但是该方案依赖于外部仪器，且使用探测设备复杂昂贵，专利技术中也没有提到对保偏光纤中缺陷点特征的预估方法。光学相干域偏振测量技术是一种用于评价保偏光纤缺陷点处偏振模式耦合特性理想方案。通过扫描式的马赫泽德干涉仪(MZI)进行光程补偿，实现不同耦合模式间的干涉测量。在干涉图样中，可以反映出与光纤实际耦合位置对应的干涉峰，干涉峰值反映对应耦合点的耦合能量大小。2012年，中国电子科技集团公司第41研究所的郑光金等人，提出了一种基于偏振分束干涉技术的测量方法(中国专利申请号201210167591.2)，其能够有效消除光源功率波动，提高保偏光纤偏振耦合强度的测量准确度。早在2010年，北京高光科技有限公司的姚晓天公开了一种用于测量保偏光纤和双折射介质的分布式偏振串扰方法及装置(中国专利申请号201010191225.1)。利用在光学干涉仪前增加光程延迟器，可以抑制重影干涉峰的数目和幅值，并将偏振串扰灵敏度提高到-95dB，动态范围保持在75dB。在专利技术中姚晓天提出了“重影”(高阶)干涉峰会对一阶干涉峰造成很大影响。对于线偏振光在含有多个缺陷点的保偏光纤中传输行为，传统上一般采用琼斯矩阵方法。对于光的偏振态作线性转换的过程，均可采用一个2×2的矩阵来表示其状态的变化。当光线通过一个光学不连续点或相邻两点隔开的单元后，出射光可以表示为相应单元的琼斯矩阵乘上入射光琼斯矩阵。作为保偏光纤的典型应用，光纤陀螺的光纤光路分析也可采用琼斯矩阵分析方法。2012年，扬州蓝剑电子系统工程有限公司的李建勋等人公开了一种三轴一体化高精度光纤陀螺的光电控制系统(中国专利申请号201220476917.5)。该专利主要是以琼斯矩阵为工具，建立了保偏光纤陀螺光信号传输模型。然而，对于采用干涉测量技术，我们只关心干涉信号中分布式干涉峰的位置和幅值，或者是对于给定位置的扫描位置，获取到该处峰值代表的幅值含义。如何对于干涉峰进行估计和鉴别，是进行分布式测量的前提。尽管通过琼斯矩阵方法可以对已知器件预测干涉峰位置-幅值信息，但目前位置没有一种通用方法和公式去直接预估。虽然单独的一个2×2矩阵是一个简单的分析方式，但是当待测保偏光纤中缺陷点较多时，完全通过待测保偏光纤后的矩阵展开项个数将呈现指数增加。特别是在后续计算中，将琼斯矩阵代入到干涉公式时，十分庞大。如若考虑高阶干涉峰问题，计算量的复杂程度又会大大增加。到目前为止，还没有专利提及到对于含有多个缺陷点的保偏光纤产生所有阶次特征干涉峰的理论估计问题。本专利技术公开了一种对保偏光纤中缺陷点干涉测量中出现所有不同阶次特征干涉峰的位置-幅值含义的理论分析方法。其特征是对于一段待测保偏光纤，输入缺陷点个数、相应缺陷点分开的区间光纤长度、接入测量系统的对轴角度，即可获取待测保偏光纤在干涉测量中的所有阶次的位置-幅值干涉信号。本专利技术可实现在分布式测量技术中，对由多个缺陷点待测保偏光纤引入的复杂干涉峰位置、幅值、阶次进行理论预估，在对实现干涉峰区分和鉴别方面具有指导意义。该方法操作简单，可以广泛应用于保偏光纤缺陷点的偏振耦合强度精确测量和特征分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在分布式测量技术中，对由多个缺陷点待测保偏光纤引入的复杂干涉峰位置、幅值、阶次进行理论预估，实现对实测干涉峰的区分和鉴别，准确预测该扫描位置处特征干涉峰的幅值含义的保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)明确待测保偏光纤中所有缺陷点个数和相应位置，记录缺陷点个数J；(2)对各个缺陷点耦合强度进行初始赋值，分别记为X1，X2，…，Xj，…，XJ；(3)测量待测保偏光纤中，测量由缺陷点分开的区间光纤长度，记为l1，l2，…，lj，…，lJ+1；(4)设定待测保偏光纤每段区间光纤的线性双折射Δnf；(5)明确待测保偏光纤接入测量系统对轴角度θ1和θ2；(6)根据缺陷点个数J，缺陷点耦合强度Xj，区间光纤长度lj，对轴角度θ1和θ2，输入到分析系统进行分析；(7)根据各个区间光纤长度任意组合，分析系统枚举出所有产生干涉峰情况，根据不同位置记为P1，P2，…，Pi，…；(8)逐一分析每个干涉峰位置中第一段和最后一段光程差△nf·l1、△nf·lJ+1是否为0，选择位置-幅值一般表达式中对应公式；(9)根据一般表达式表示出每个干涉峰位置处相应幅值含义，显示预估干涉图；(10)根据预估干涉信号图样，与实测干涉信号进行对比，获取特征干涉峰含义，实现对干涉峰区分和鉴别。所述的位置-幅值一般表达式包括，(8.1)依据两束光在保偏光纤慢轴、快轴传输路径，即在该区间光纤上光程差Si＝0和光程差Si≠0，进行分块形成最小平稳单元；(8.2)通过对相邻最小平稳单元组合的枚举，写出两束光在每个单元尾端发生的偏振耦合；(8.3)推导出相邻单元间对干涉光强贡献的递推公式，即获得由相邻单元偏振串扰引入的对最终干涉信号的强度贡献的递推公式，其中又分为慢轴强度和快轴强度，然后将递推公式级联；(8.4)对于整段待测保偏光纤，考虑其输入端单元、和输出端单元光程差是否为0，将扫描光程Si分为4类：分别对应输入端单元为0输出端单元非0、输入端单元非0输出端单元为0、输入端单元为0输出端单元为0、输入端单元非0输出端单元非0；(8.5)推导出一组最终干涉信号中干涉峰的位置-强度一般表达式，形式为|P|=2i-1TiρOut·cos2θ1sin2θ2,(5A)2i-1TiρIn·sin2θ1cos2θ2,(5B)2i-1Ti·cos2θ1cos2θ2,(5C)2i-2TiρInρOut·sin2θ1sin2θ2,(5D),TiΠi=1max{i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置‑幅值含义预估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)明确待测保偏光纤中所有缺陷点个数和相应位置，记录缺陷点个数J；(2)对各个缺陷点耦合强度进行初始赋值，分别记为X1，X2，…，Xj，…，XJ；(3)测量待测保偏光纤中，测量由缺陷点分开的区间光纤长度，记为l1，l2，…，lj，…，lJ+1；(4)设定待测保偏光纤每段区间光纤的线性双折射Δnf；(5)明确待测保偏光纤接入测量系统对轴角度θ1和θ2；(6)根据缺陷点个数J，缺陷点耦合强度Xj，区间光纤长度lj，对轴角度θ1和θ2，输入到分析系统进行分析；(7)根据各个区间光纤长度任意组合，分析系统枚举出所有产生干涉峰情况，根据不同位置记为P1，P2，…，Pi，…；(8)逐一分析每个干涉峰位置中第一段和最后一段光程差△nf·l1、△nf·lJ+1是否为0，选择位置‑幅值一般表达式中对应公式；(9)根据一般表达式表示出每个干涉峰位置处相应幅值含义，显示预估干涉图；(10)根据预估干涉信号图样，与实测干涉信号进行对比，获取特征干涉峰含义，实现对干涉峰区分和鉴别。

【技术特征摘要】
1.一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)明确待测保偏光纤中所有缺陷点个数和相应位置，记录缺陷点个数J；(2)对各个缺陷点耦合强度进行初始赋值，分别记为X1，X2，…，Xj，…，XJ；(3)测量待测保偏光纤中，测量由缺陷点分开的区间光纤长度，记为l1，l2，…，lj，…，lJ+1；(4)设定待测保偏光纤每段区间光纤的线性双折射Δnf；(5)明确待测保偏光纤接入测量系统对轴角度θ1和θ2；(6)根据缺陷点个数J，缺陷点耦合强度Xj，区间光纤长度lj，对轴角度θ1和θ2，输入到分析系统进行分析；(7)根据各个区间光纤长度任意组合，分析系统枚举出所有产生干涉峰情况，根据不同位置记为P1，P2，…，Pi，…；(8)逐一分析每个干涉峰位置中第一段和最后一段光程差△nf·l1、△nf·lJ+1是否为0，选择位置-幅值一般表达式中对应公式；(9)根据一般表达式表示出每个干涉峰位置处相应幅值含义，显示预估干涉图；(10)根据预估干涉信号图样，与实测干涉信号进行对比，获取特征干涉峰含义，实现对干涉峰区分和鉴别。2.根据权利要求1所述的一种保偏光纤缺陷点检测中对干涉峰的位置-幅值含义预估方法，其特征在于，所述的位置-幅值一般表达式包括，(8.1)依据两束光在保偏光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，李创，张浩亮，苑勇贵，吴冰，彭峰，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23