淺述偏振消光比測試用途、原理及美韓中三國相關技術對比

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淺述偏振消光比測試用途、原理及美韓中三國相關技術對比

國產光纖涂覆機<更多內容2019-03-04 09:47:43

當前科技迅猛發展，光纖激光器、光纖光柵、光纖傳感行業飛速崛起，保偏光纖的應用也越來越廣泛，越來越重要，在航天、航空、航海、工業制造技術及通信等國民經濟的各個領域。在以光學相干檢測為基礎的干涉型光纖傳感器中，使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變，提高相干信噪比，以實現對物理量的高精度測量。保偏光纖作為一種特種光纖，主要應用于光纖陀螺，光纖水聽器等傳感器和DWDM、EDFA等光纖通信系統。由于光纖陀螺及光纖水聽器等可用于軍用慣導和聲吶，屬于高新科技產品，而保偏光纖又是其核心部件，因而保偏光纖一直被西方發達國家列入對我禁運的清單，對保偏光纖的消光比測試也成為近年來逐步興起的一項技術需求。

同時，國內科研及工業生產模式成產業園式布局，生產規模急劇擴張，作為該產業服務的一部分，消光比測試儀國產化也開始成熟；本文介紹了幾種美、韓及國內的消光比測試技術供大家參考研究，共同探討技術進步。

一、ER2200偏振消光比測試儀

•   廠商：韓國FIBERPRO

•   特性：

·        寬波長范圍：1260nm－1650nm

·        50dB dynamic range of PER measurement

·        6.6mm的接口間距，插拔更安全，使用更可靠

·        寬輸入功率范圍：-40～+10dBm

·        3個模擬輸出：PER、Angle、Power

·        GPIB/RS232

·        配備實時測試軟件

參數配置：

ER2200參數配置：

ER2200、ER3000參數配置：

①可以根據用戶需要訂制適用的波段

②對更高的輸入功率，需要使用衰減器選項

③在150nm

④其他類型光輸入也可以適用

應用領域：

1.消光比測試Polarization Extinction Ratio Measurement

    可以測試消光比(PER)，生產研發保偏光纖的重要特性。保偏光纖跳線和其它的保偏光纖的零附件。                                    

2. 光學偏振軸的對準

對于偏振態和消光比的測試可以用來將保偏光纖和偏振軸對接，比如保偏光纖尾纖到激光器，起偏器，偏振分路器和復合器等等。通過三個用戶自定義的模擬輸出，可達到非常有效的對準控制。

總介：可以快速高精度地測量消光比，偏振角度，和光功率，50dB的PER動態測試范圍，主要應用在保偏光纖及其零附件，與保偏和激光器，起偏器，以及其他保偏設備。

二、華纖光科消光比測試儀HXGK-X100

產品介紹：

濰坊華纖光電科技有限公司最新推出消光比測試儀HXGK-X100,50dB的PER動態測試范圍,測量精度誤差為±0.1dB，可以快速高精度地測量消光比、偏振角度和光功率。

參數指標：

操作波長:1260nm~ 1650nm

輸入功率范圍：–40 dBm~ 10 dBm

偏振消光比范圍:

0 ~ 40dB 注入功率 -5 ~ +10 dBm

0 ~ 45dB 注入功率 -10 ~ -5 dBm

0 ~ 35dB 注入功率 -20 ~ -10 dBm

0 ~ 25dB 注入功率 -30 ~ -20 dBm

消光比測量分辨率：0.1 dB

消光比測量精度：0.3dB （PER < 40 dB)

角度測量分辨率：0.1°

角度測量精度：±1°

功率測量分辨率：0.1 dB

功率測量精度：±0.2dB

測試速率 0.1~0.2s.

輸入接口：FC/PC

輸出參數：消光比、角度、功率

工作電流：220V 50Hz/60Hz

通信接口：RS232 / GPIB / USB 2.0

尺寸：85*210*320mm

操作溫度：10℃ ~ 40℃

應用領域：光器件的偏振測量、保偏尾纖器件測試、保偏跳線生產、保偏器件對軸等。

三、美韓儀器主要的性能參數對比：

消光比重要指標對比表

序號 名稱 ER2200 （韓國FIBERPRO） ERM-101（美國GP）

1 偏振角度測試精度 0.05 0.06

2 消光比測試精度 0.1db 0.3db

3 功率測量精度 0.1db 0.23db

4 輸入功率范圍 -40dbm--+10dbm - 30dbm--+10dbm

總結：ER2200 消光比內部 光接收鏡和光接口之間只有6.684 毫米。是ERM101 所達不到

的。 所以ER2200 精度比ERM101 要高。

四、消光比測試用途

能夠迅速，準確的測量光通過保偏光纖的消光比值，偏振角度以及光功率。在光纖陀螺、光纖傳感等領域，能夠滿足多數的光纖器件以及光纖傳感方向等類型企業和科研單位對于消光比測量的技術要求是其主要用途。

五、消光比測試原理

保偏光纖

保偏光纖是一種特制光纖，可以使線性偏振光在通過光纖時保持其偏振態。制作保偏光纖時在纖芯周圍設置對稱的應力區域，使某個確定方向上的折射率發生改變，光在光纖內傳播時產生雙折射，當光偏振方向和保偏光纖的快軸和慢軸（通常是慢軸）匹配時，可以維持偏振態。當光偏振方向和慢軸或者快軸成一定角度時，出射光的偏振態會因保偏光纖的長度不同而不同。目前常見的保偏光纖有熊貓型和蝴蝶型。

PER（Polarization Extinction Ratio）偏振消光比

偏振消光比是衡量光學偏振元件的一個重要參數，用下面方法簡單計算。

PER=10*lg (Pmin/Pmax)

其中，Pmin和Pmax是測量到的最小和最大光功率。HXGK-X100可快速準確的實時測量消光比，在測量過程中可以顯示偏振角度以及入射光功率，因此，非常適合測量保偏器件的PER使保偏光纖對準到激光二極管，偏振器和其他保偏器件。

測量偏振消光比的方法

光學部分是由旋轉偏振器和探測器構成，輸出到FC接口的光經過直徑為1mm 的針孔后經高速旋轉的偏振器進入探測器內，分析輸入光的偏振方向并計算偏振消光比和偏振角度。

保偏光纖（polarization maintaining fiber）的偏振消光比測量

1.  將測試取樣的保偏光纖連接到可旋轉偏振器和HXGK-X100

2.  開機后，HXGK-X100自動進入偏振消光比測量狀態，并顯示此時的入射光功率和偏振角度。

3.  手動旋轉偏振器，可以在顯示屏上看到最大的偏振消光比值，此時，入射線偏振光的偏振方向與保偏光纖的快軸或者慢軸對齊。

注意： 為準確測定被測件的偏振消光比，用于測試的可旋轉偏振器的偏振消光比需高于測試取樣10 dB以上

保偏光纖的理論軸有慢軸和快軸，其中偏振器的偏光軸與慢軸一致時偏振消光比的結果較好。

LD和保偏光纖的PER測量

1.      被測的LD和保偏光纖連接到X100

2.      對保偏光纖進行擾動（加熱或拉長）觀察PER變化

3.      PER的最小值為被測件（LD和保偏光纖）的PER

對準兩個保偏光纖的偏振軸

1.      保偏光纖1連接到可旋轉偏振器和X100

2.      和之前測量一樣，調節可旋轉偏振器，當PER最大時，此時線偏振光偏振方向和保偏光纖慢軸對齊

3.      在被測件保偏光纖1和X100之間連接保偏光纖2

4.      旋轉保偏光纖2，當PER為最大值時，此時保偏光纖1和保偏光纖2的慢軸對齊

六、常用注意事項及自檢規范

① 檢查接入的電源是否選擇正確

② 將電源線連接到儀器背面的交流電接入口

③ 開啟儀器背面的電源開關，請保證至少10分鐘給儀器預熱至穩定，再進行測量。

4、FC接口法蘭適配器微調

如發現輸入光功率，偏振消光比測量不準確現象，可以微調法蘭適配器的固定螺絲，不要擰緊，尋找到最大功率的位置即可，此時消光比測試儀即工作在最佳狀態。