1 广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院，广东 广州 510006
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
3 通感融合光子技术教育部重点实验室，广东 广州 510006
4 广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
光频域偏振测量（OFDP）是一种基于扫频激光干涉原理的分布式光纤偏振测试技术，它能够精确获取保偏光纤、器件、组件与光路的偏振特性及其空间分布，实现高性能器件与光路的性能测试与质量评价，以及缺陷分析与故障诊断。OFDP优点是可兼顾超高测量灵敏度、超大测量范围、高精细度、长测量距离、动态快速测量等，已逐渐发展成为性能最优的分布式光纤测量技术之一。本文回顾了OFDP的测量原理，定量分析了分布式偏振串音的测量极限，综述了分布式偏振测试性能提升的若干关键技术，给出了高精度偏振器件与光路的测试典型应用，并讨论了其技术挑战和未来潜在的研究方向。
光频域偏振测量 分布式光学测量 偏振串音 保偏光纤与器件 光纤陀螺 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0112002
1 广东工业大学先进光子技术研究院，广东 广州 510006
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
3 通感融合光子技术教育部重点实验室，广东 广州 510006
4 广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
光频域反射（OFDR）是一种基于光调频连续波原理的分布式光纤测量技术，它利用扫频光干涉信号频率与光纤位置之间的傅里叶变换关系获取沿光纤分布的散射/反射/损耗、相位和偏振等特征信息，可进一步反演光纤感测的温度、应力/应变等外界物理场分布。相比于时域、相干域等分布式测量技术，OFDR的优点是可兼顾高空间分辨率、高测量灵敏度、长测量距离、大动态范围、高速响应等性能。回顾了OFDR的测量原理，综述了分布式测量噪声来源、空间点扩展函数退化机理以及测量误差与噪声抑制等OFDR性能提升关键技术；推导了基于OFDR分布式传感的测量极限，分析了提升传感精度与测量距离的若干方法；概述了国内外OFDR仪器发展现状及其在集成波导器件与保偏光纤等测试、光纤陀螺环内部应力传感等应用范例，最后展望了未来的若干研究方向。
光频域反射技术 测量退化机理 分布式传感极限 光频域反射仪器 高性能应用
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006
3 纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
4 广东省信息光子技术重点实验室, 广东 广州 510006
mHz~kHz甚低频1/f噪声是限制超长光纤干涉仪测量精度的主要因素,厘清干涉仪1/f噪声的产生来源和分布规律是抑制测量噪声、提升观测精度的重要前提。为此,搭建了超百米臂长、全对称、差分探测的保偏光纤马赫-曾德尔干涉仪,通过开展基于不同类型窄线宽激光器和不同长度敏感光纤的干涉仪噪声测量实验,分别确定了光源频率噪声和光纤热噪声引起的干涉仪甚低频相位噪声谱分布特性;在此基础上,开展了超长光纤干涉仪1/f相位噪声谱分布规律研究。实验结果表明:260 m光纤马赫-曾德尔干涉仪的相位噪声幅值从μrad/Hz 1/2@1 kHz量级快速上升到10 mrad/Hz 1/2@1 mHz量级,它由光源频率漂移和光纤热噪声共同决定。从而证实了在mHz~kHz频段内,超长光纤干涉仪相位噪声服从1/f1+β的谱分布规律。
光学学报
2021, 41(13): 1306007
1 哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
4 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
偏振串音是指光纤偏振器件与组件中两个正交偏振传输模式之间在微扰点发生的能量相互耦合的现象，而沿传输方向串音的连续分布既能够直接反映其光学偏振性能，如起偏、椭偏、消偏等特性，也能间接反映其制备工艺和外部环境状态，如连接与固定处的应力和应变、温度状态等。因此，偏振串音是光纤偏振器件与组件的固有性能和环境影响的综合体现，有望发展成为在线测试、诊断评价光纤偏振器件与组件性能的通用特征参量。基于白光干涉原理的光学相干域偏振测量(OCDP)技术是实现分布式偏振串音检测的最优方法，它利用扫描式白光干涉仪实现不同偏振模式间的干涉，对分布式串音发生的空间位置及幅值强度进行精确测量，具有超高灵敏度、超大动态范围、超长测量长度等优点。本文以光纤偏振器件与组件——保偏光纤环和多功能集成光学调制器作为分布式偏振串音精确测量与应用的范例，介绍了基于OCDP 技术的分布式串音测试原理，回顾了测量误差的来源及相应的抑制方法，如由测试光路的参数非理想引入的静态误差以及由测试环境变化引入的动态误差，展示了不同环境温度下光纤偏振器件与组件的精确测试结果。最后，结合光纤偏振器件与组件复杂多变的工作环境，对分布式串音测量方法的发展进行了展望。
偏振串音 分布式测量 光学相干域 保偏光纤(环) 多功能集成波导调制器 polarization crosstalk distributed measurement optical coherence domain polarimetry polarization maintaining fiber (coil) multi-functional integrated waveguide modulator
1 哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
4 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
光学相干域偏振测量(OCDP)技术是一种基于白光干涉原理, 利用保偏光纤器件和组件中的偏振传输模式之间存在的能量耦合(偏振串扰)实现分布式偏振特性精确表征的测试方法, 具有超高偏振测量灵敏度(偏振串扰为-100~-90 dB)、高空间分辨率(5~10 cm)、超宽测量动态范围(109~1010)和长光纤测量距离(数千米)等优点, 可以满足包括光纤陀螺核心器件和光路在内的保偏光纤器件与组件的超高偏振性能测试需求。回顾OCDP原理与关键技术, 包括分布式偏振串扰的测试原理与精确建模方法以及OCDP仪器化若干关键技术；展示OCDP技术在超高消光比集成波导调制器、超长陀螺敏感环定量测试与诊断、评估中的应用；针对高性能光纤传感器复杂多变的应用环境, 展望OCDP技术在高精度光纤陀螺的核心器件与整机光路测试中未来的发展方向。
测量 光学相干域偏振测量 偏振串扰测试 光纤陀螺 多功能集成波导调制器 光纤敏感环
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of In-fiber Integrated Optics of Ministry Education of China, Harbin Engineering University,Harbin 150001, China
2 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology,Wuhan 430074, China
We propose an ultra-simple dual-channel configuration for simultaneously evaluating two branches of a multifunctional integrated optic chip (MFIOC). In the configuration, the MFIOC is employed as a beam splitter to construct the demodulation interferometer together with a 2 × 2 fiber coupler. Interference happens between polarization modes traveling through different channels of the MFIOC. The cross-couplings of each channel are respectively characterized by the interference peaks which distribute on opposite sides of the central interference peak. Temperature responses of the MFIOC are experimentally measured from ?40°C to 80°C. Results show that the proposed configuration can achieve simultaneous dual-channel transient measurements with resolution of ?90 dB and dynamic range of 90 dB. In addition, the two channels of the configuration have consistent measuring performance, and the two branches of the MFIOC have different responses to temperature variation.
Interferometry Interferometry Ellipsometry and polarimetry Ellipsometry and polarimetry Metrological instrumentation Metrological instrumentation Photonics Research
2015, 3(4): 04000115
