本发明专利技术属于光纤技术领域，具体涉及一种单模光纤耦合器相移测量装置、方法、存储介质，旨在解决现有耦合器相移测量方法测量过程繁杂且测量精度较低的问题。本装置包括光谱测量装置，配置为发射扫描光源至混合Sagnac干涉仪；还配置为采集混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，并发送至计算模块；混合Sagnac干涉仪，配置为对输入的扫描光源进行分束，经保偏光纤后产生干涉光谱信号并输出；计算模块，配置为基于接收的干涉光谱信号提取谷值波长，计算单模光纤耦合器的相移值。本发明专利技术大大降低了耦合器相移的复杂度，并提高了测量精度。了测量精度。了测量精度。
【技术实现步骤摘要】
单模光纤耦合器相移测量装置、方法、存储介质
[0001]本专利技术属于光纤
，具体涉及一种单模光纤耦合器相移测量装置、方法、存储介质。
技术介绍
[0002]光纤耦合器是一种对光信号进行功率或波长分配的光无源器件，是光纤通信和传感系统实现全光纤化的必需器件，可以极大地降低光纤系统的损耗和体积，提高系统的稳定性。对于单模光纤耦合器，其主要性能指标有附加损耗、分光比、工作波长等，但在一些光纤干涉系统、光纤陀螺等应用场合，除上述指标外，耦合器各端口之间的相位关系也会对传感系统的的性能产生明显影响，确定光纤耦合器的耦合相移特性对提高干涉型光纤传感检测系统的性能具有重要价值。
[0003]耦合器相移的理论分析只能根据其本征特性确定相移的最大变化范围，无法得到相移的确切值，且耦合器的相移易受温度、光波长等外界因素的影响，准确的相移值必须通过实验检测来确定。
[0004]目前已有的相移检测方案均基于M
‑
Z干涉结构，需对光源或参考臂施加调制信号，且通过各端口输出光的强度解调来计算得到相移值，检测精度受到光电转换、光路损耗、分光耦合器性能、调制信号等因素的影响，存在较大误差。虽然通过后续的Bessel展开、傅里叶变换等信号处理算法可减小部分误差，但解调算法较为复杂，需要大量的数学运算，且对调制信号的要求较高，不便于使用。基于此，本专利技术提出了一种单模光纤耦合器相移测量装置、方法、存储介质。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有耦合器相移测量方法测量过程繁杂且测量精度较低的问题，本专利技术第一方面，提出了一种单模光纤耦合器相移测量装置，该装置包括：光谱测量装置、混合Sagnac干涉仪、计算模块；所述光谱测量装置分别与所述计算模块、所述混合Sagnac干涉仪连接；
[0006]所述光谱测量装置，配置为发射扫描光源至所述混合Sagnac干涉仪；还配置为采集混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，并发送至所述计算模块；
[0007]所述混合Sagnac干涉仪基于N
×
N单模光纤耦合器和保偏光纤组成，所述保偏光纤与N
×
N单模光纤耦合器同侧尾纤相连形成Sagnac环；所述混合Sagnac干涉仪，配置为对输入的扫描光源进行分束，经保偏光纤后产生干涉光谱信号并输出；
[0008]所述计算模块，配置为基于接收的干涉光谱信号提取谷值波长，计算N
×
N单模光纤耦合器的相移值。
[0009]在一些优选的实施方式中，所述单模光纤耦合器相移测量装置还包括光纤隔离器：
[0010]所述光纤隔离器，配置为将非互易端口设为单向测量通道，消除所述光谱测量装
置的扫描光源对所述非互易端口输出的干涉光谱的影响。
[0011]在一些优选的实施方式中，所述保偏光纤与N
×
N单模光纤耦合器同侧尾纤相连的方式为连接、对接、熔接的任一种。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，其表达式为：
[0013][0014][0015]其中，P
RP
(λ)和P
NRP
(λ)分别表示互易端口和非互易端口输出的干涉光谱信号，为N
×
N单模光纤耦合器的相移值，2πΔnL/λ为Sagnac环中保偏光纤偏振模式间的位相差，Δn为保偏光纤快慢轴的折射率差，L为保偏光纤的长度，λ为入射光波长，P0为输出光功率的强度系数。
[0016]在一些优选的实施方式中，所述互易端口输出干涉光谱信号的位相差为Sagnac环中保偏光纤偏振模式间的位相差；所述非互易端口输出干涉光谱信号的位相差为保偏光纤偏振模式间的位相差与两倍的N
×
N单模光纤耦合器的相移之和。
[0017]在一些优选的实施方式中，“基于接收的干涉光谱信号提取谷值波长，计算N
×
N单模光纤耦合器的相移值”，其方法为：
[0018]提取互易端口的干涉光谱信号中相邻2个谷值波长，作为第一谷值波长、第三谷值波长；提取非互易端口的干涉光谱信号中处于第一谷值波长、第三谷值波长之间的谷值波长，作为第二谷值波长；
[0019]基于所述第一谷值波长、所述第二谷值波长和所述第三谷值波长，计算待测单模光纤耦合器的相移值。
[0020]在一些优选的实施方式中，“基于所述第一谷值波长、所述第二谷值波长和所述第三谷值波长，计算待测单模光纤耦合器的相移值”，其方法为：
[0021][0022]其中，λ1、λ3为互易端口的干涉光谱信号中相邻的2个谷值波长，即第一谷值波长、第三谷值波长，λ2为非互易端口的干涉光谱信号中处于第一谷值波长、第三谷值波长之间的谷值波长，即第二谷值波长。
[0023]本专利技术的第二方面，提出了一种单模光纤耦合器相移测量方法，基于上述的单模光纤耦合器相移测量装置，该方法包括以下步骤：
[0024]步骤S100，采集混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，作为输入信号；
[0025]步骤S200，提取互易端口的干涉光谱信号中相邻2个谷值波长，作为第一谷值波长、第三谷值波长；提取非互易端口的干涉光谱信号中处于第一谷值波长、第三谷值波长之间的谷值波长，作为第二谷值波长；
[0026]步骤S300，基于所述第一谷值波长、所述第二谷值波长和所述第三谷值波长，计算
待测单模光纤耦合器的相移值。
[0027]本专利技术的第三方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求上述的单模光纤耦合器相移测量方法。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术大大降低了耦合器相移的复杂度，并提高了测量精度，为单模光纤耦合器相移的定量精确测试和分析提供了有效的手段。
[0030]1)本专利技术基于混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口输出干涉光谱信号的谷值波长与单模耦合器相移的关系，通过提取互易端口光谱中相邻2个谷值波长和非互易端口光谱中处于上述相邻2个谷值波长之间的谷值波长，计算得到单模光纤耦合器的相移值。检测装置由混合Sagnac干涉仪、光谱测量装置和计算模块组成，无需外加调制信号，利用波长调制解调的方式实现耦合器相移的检测，相对强度解调具有更好的抗干扰性及检测精度。该测量方法和装置结构简单，易于实现、适应性强，测量精度高，且避免了光源、探测器、以及环境波动带来的干扰，降低了对检测装置硬件性能的要求，可用于2
×
2、3
×
3耦合器和其它多端口耦合器相移的精确测量，具有很高的实用价值。
[0031]2)本专利技术所提出的测量装置和方法得到的耦合器相移检测最大误差为0.0136
°
，相对已有方案提高了一个数量级，测量结果更加准确可靠。
附图说明
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单模光纤耦合器相移测量装置，其特征在于，该装置包括：光谱测量装置、混合Sagnac干涉仪、计算模块；所述光谱测量装置分别与所述计算模块、所述混合Sagnac干涉仪连接；所述光谱测量装置，配置为发射扫描光源至所述混合Sagnac干涉仪；还配置为采集混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，并发送至所述计算模块；所述混合Sagnac干涉仪基于N
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N单模光纤耦合器和保偏光纤组成，所述保偏光纤与N
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N单模光纤耦合器同侧尾纤相连形成Sagnac环；所述混合Sagnac干涉仪，配置为对输入的扫描光源进行分束，经保偏光纤后产生干涉光谱信号并输出；所述计算模块，配置为基于接收的干涉光谱信号提取谷值波长，计算N
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N单模光纤耦合器的相移值。2.根据权利要求1所述的单模光纤耦合器相移测量装置，其特征在于，所述单模光纤耦合器相移测量装置还包括光纤隔离器；所述光纤隔离器，配置为将非互易端口设为单向测量通道，消除所述光谱测量装置的扫描光源对所述非互易端口输出的干涉光谱的影响。3.根据权利要求1所述的单模光纤耦合器相移测量装置，其特征在于，所述保偏光纤与N
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N单模光纤耦合器同侧尾纤相连的方式为连接、对接、熔接的任一种。4.根据权利要求1所述的单模光纤耦合器相移测量装置，其特征在于，所述混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，其表达式为：干涉仪互易端口和非互易端口的干涉光谱信号，其表达式为：其中，P
RP
(λ)和P
NRP
(λ)分别表示互易端口和非互易端口输出的干涉光谱信号，为N
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N单模光纤耦合器的相移值，2πΔnL/λ为Sagnac环中保偏光纤偏振模式间的位相差，Δn为保偏光纤快慢轴的折射率差，L为保偏光纤的长度，λ为入射光波长，P0为输出光功率的强度系数。5.根据权利要求4所述的单模光纤耦合器相移测量装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨远洪，王瑞琴，李慧，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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