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高双折射保偏光纤拍长测试及Mueller矩阵分析欧攀;徐宏杰;杨德伟;张春熹【摘要】为了测量高双折射保偏光纤的拍长,采用偏光干涉效应的方法,构建由宽谱光源、带保偏尾纤的起偏器和光谱分析仪组成的全光纤光路测试系统.从理论上用Mueller传输矩阵方法推导了到达光谱仪的光强公式,利用该方法构建实验系统对熊猫型保偏光纤的拍长进行了测试,获得了该保偏光纤拍长的测量数据.结果表明,由待测保偏光纤的偏光于涉效应引起的光强波动以一定的周期间隔表现在光谱变化上,波动的相对幅度与待测保偏光纤主轴与起偏器的保偏尾纤主轴夹角有关,当夹角均为±45°时波动的相对幅度最大.只要在实验中测量出光谱波动的周期,就能够根据理论计算出给定波长处的保偏光纤的拍长.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)001【总页数】4页(P15-17,56)【关键词】光纤光学;保偏光纤;Mueller矩阵;拍长;起偏器【作者】欧攀;徐宏杰;杨德伟;张春熹【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TN253引言保偏光纤可实现光纤中光波偏振态稳定地传输，在光纤传感、相干光通信、光信息处理等领域应用日趋广泛，是应用极为广泛的特种光纤之一[1-3]。
保偏光纤可以分为高双折射和低双折射两类，其中高双折射保偏光纤主要是依据材料应力不均匀而设计的熊猫型和蝴蝶结型保偏光纤。
在高双折射保偏光纤中，正交模的传播常数βx与βy差别很大，两模式耦合几率小。
如果光在光纤一个光轴平行的方向上被线性偏振，那么光将维持其偏振态在光纤中进行传输。
如果在沿着光纤传输时，光在其它角度被线性偏振，偏振态将发生变化，从线性到椭圆到线性，再到椭圆并再次返回到线性，具有通常所说的差拍周期长度(拍长)Lb。
采用二进制偏振旋转器实现高精度偏振测量李志宏孟卓译天津大学精仪学院摘要：本文主要阐述了一种使用二态磁光偏振旋转波片来精确地测量偏振相关参数，包括偏振模色散和偏振相关损耗。
利用旋转波片的二态性质，我们可测得从1480nm到1620nm波段上的DGD,SOPMD和PDL，测得的精度分别在2.6fs，1.39ps2，和0.06dB；重复性分别在1fs，0.005ps2和0.01dB。
1、引言：随着光通讯系统的传输比特率从10Gb，40Gb到100Gb，甚至更高方向发展，偏振相关参数对系统性能的影响越来越大。
与偏振相联系的损害如偏振模色散（PMD）偏振相关损耗退化了系统的性能并造成系统不能运行。
另一方面，使用更小带宽通过波分复用与解调技术能实现偏振态相垂直的两信号同时传输，加倍速率传输，实现高速率传输。
最后，对于40Gb和100Gb系统中最关键的相干检测部分也需要依赖于精确的偏振管理来完成。
因此，对于各元件和系统的所有偏振相关参数的快速，精确测量的需求变得相当紧迫。
到目前为止，光偏振相关测量主要依赖于模拟技术，包括旋转相位延迟器，旋转偏振器，液晶单元，相位调制器和四探测器法。
然而，为了达到高精度测量，模拟技术将面临着低重复性和复杂的补偿技术的缺点。
相比之下，近来发表的基于二态的铁电液晶的偏振分析在一定程度上更具优势。
在之前我们发表的一篇文章中，描述了采用二态磁光偏振旋转波片成功研制的一种二态的偏振态发生器（PSG），此仪器能以优于0.1度的重复精度在邦加球上产生5或6种特定偏振态。
随后，我们又发表了一篇基于同样二态偏振旋转波片而研制的，具有高精度自动校正的偏振态分析仪。
这两篇文献中指出采用PSG-PSA组合能精确地测量光学元件的偏振相关损耗，偏振模色散，相位延迟和双折射。
本文详细的介绍了使用PSG-PSA两测品为构件的组成原理，并通过实验数据验证了该装置的精确性和重复性。
为了确定此二态测量系统的精度，我们设计并构造了一系列的已知PMD和PDL值的检测产品用于验证测量结果。
光子晶体光纤陀螺光纤环偏振特性李晶;王巍;王学锋;张智华【摘要】光子晶体光纤陀螺技术是解决光纤陀螺空间辐照及热漂移问题的重要技术途径，其中光子晶体光纤环是影响光纤陀螺性能的关键。
仿真分析了光子晶体光纤的双折射与结构设计的关系，并计算了光纤的双折射和光纤环绕制过程引入的附加双折射的温度灵敏度，利用白光干涉仪，对光子晶体光纤环和普通的保偏光纤环进行了对比测试分析。
试验结果表明，光子晶体光纤环具有较低的偏振特性温度灵敏度，双折射温度系数比普通保偏光纤低接近1个量级，引起的陀螺偏振误差也比普通保偏光纤环小1倍左右。
试验结果验证了理论分析的正确性。
%Photonic crystal fiber optical gyroscope(PC-FOG) is an important technical approach to overcome the influences of space irradiation and thermal effect on fiber-optic gyroscope. The fiber coil is an essential part of a FOG which affects the FOG’s performance in space envi ronment. In this paper, the birefringence of photonic crystal fiber(PCF) coil was simulated and its temperature coefficient was calculated. Comparison tests were conducted to analyze the difference between PCF coil and polarization maintaining fiber(PMF) coil. The results indicate that the birefringence temperature coefficient of PCF coil is lower by one order of magnitude than that of PMF coil, and this tends to reduce the polarization error of FOG by one times. The experiment measurements demonstrate their good agreement with theoretical analyses.【期刊名称】《中国惯性技术学报》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】6页(P381-385,390)【关键词】光纤陀螺;光子晶体光纤;光纤环;偏振;温度【作者】李晶;王巍;王学锋;张智华【作者单位】北京航天控制仪器研究所，北京100854;北京航天控制仪器研究所，北京100854;北京航天控制仪器研究所，北京100854;北京航天控制仪器研究所，北京 100854【正文语种】中文【中图分类】U666.1光纤陀螺是利用Sagnac效应的全固态陀螺仪，具有长寿命、高可靠、体积小、重量轻等特点[1]，是满足空间应用的首选陀螺之一，已经广泛应用于卫星、飞船、空间站等空间任务中。
保偏光纤和光纤环是光纤通信系统中的重要组成部分，其质量直接影响系统的性能和可靠性。
因此，保偏光纤和光纤环的质量检测技术非常重要。
保偏光纤的质量检测技术主要包括光学测试法和电学测试法。
光学测试法主要是通过测量光纤的折射率、偏振态、轴向长度等参数来确定其质量。
电学测试法主要是通过测量光纤的电阻、电容等电学参数来评估其质量。
光纤环的质量检测技术主要包括外观检查、光学测试和电学测试。
外观检查主要是通过检查光纤环的外观来判断其是否存在损伤、断裂等问题。
光学测试主要是通过测量光纤环的折射率、偏振态等参数来确定其质量。
电学测试主要是通过测量光纤环的电阻、电容等电学参数来评估其质量。
总之，保偏光纤和光纤环的质量检测技术是保证光纤通信系统正常运行的关键，需要采用专业的测试方法和设备进行。
开题报告答辩3分钟演讲稿各位老师各位同学，下午好，我的课题名称是“基于光纤环镜的高灵敏湿度传感器的研究”，我的导师是金永兴老师。
今天我的主讲内容分别从以下五个方面展开。
第一部分是引言。
首先讲一下保偏光纤技术进展。
保偏光纤由于对线偏振光具有较强的偏振保持能力，并且与普通单模光纤有良好的相容性，因而在光纤通信和光纤传感系统中得到了越来越广泛应用。
它的主要结构有熊猫型、椭圆纤芯型等。
随着技术的发展，几何型波导结构的PMF如边槽型等相继被淘汰，而应力感应型的PMF如熊猫型等则得到了长足的发展。
自20世纪70年代以来，各国都在竞相研究和开发高性能的PMF。
到现在为止，熊猫型PMF以其制造工艺相对简单、偏振保持特性优良、损耗较低等优点得到了广泛的开发和应用。
随着光纤技术的飞速发展，光纤应用的领域不断扩大，特别是90年代以来，PMF偏振器技术研究取得了重大突破，为相关的光纤传感器的实用化提供了技术保障。
接下来是光纤环镜器件的发展概述。
光纤环镜是一种最简单且具有宽带特性的基于光纤耦合器的干涉结构。
将一个2×2耦合器同侧的两端口用单模光纤连接起来构成环形状即为一个FLM，光信号则从耦合器另侧端口进入。
光信号进入光纤环镜后被分为两束相向传播的光束，而将同一光源发出的一束光分解为两束，让这两束光在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合产生干涉，这就是Sagnac效应。
光纤环镜作为一种非常灵活的光纤干涉结构，在光纤传感领域有众多的应用。
光纤传感技术是20世纪80年代发展起来的光纤应用技术，是利用光纤作为载光媒介或光信号的调制器，对传输光的某一特性根据被测量参数的变化进行调制，然后检测出其变化的一种传感技术。
大家都知道，光纤受到外界的压力等因素变化时，光纤内部传播的光的相位或强度将相应地发生变化，如果对光纤内传播的光的相位或振幅变化加以测量，即可测出压力及其它参数的值。
在此基础上，可以制作出湿度传感器。
下一部分是光纤湿度传感器的现状研究。
保偏光纤的双折射保偏(Polarization Maintaining)光纤由于纤芯的强双折射形成快慢两条正交轴，沿快轴偏振的光比沿慢轴偏振的光具有更小的折射率，所以传播速度更快。
下面比较了两种PM光纤和标准单模光纤的截面，保偏光纤因为内置应力棒具有快轴和慢轴，而单模光纤没有快慢轴之分。
熊猫形PM光纤领结形PM光纤单模光纤虽名保偏光纤，但这是有条件的保偏：输入必须是线偏振光，并且偏振方向沿快轴或慢轴，输出才能保持原偏振态。
如果只是线偏振光但不沿快轴或慢轴偏振，那么输出椭圆偏振光。
而且，这种椭圆偏振态受整个光纤长度上温度和应力变化的影响，所以不稳定并无法预测。
保偏光纤的双折射 3保偏光纤：输入非偏振光，输出非偏振光线偏振片：输入非偏振光，输出线偏振光保偏光纤线偏振片虽然线偏振片也有两条正交轴，但这不同于保偏光纤的快慢轴。
对于线偏振片，和透射轴平行的偏振分量透过，和透射轴垂直的偏振分量被阻挡。
保偏光纤则是同时透过两个正交偏振分量，所以不能用作线偏振片。
保偏光纤的双折射 4保偏光纤和波片都有快轴和慢轴，所以两者有相通之处。
如果线偏振光沿慢轴或快轴偏振，那么保偏光纤和波片都能保持偏振态。
如果入射光在两轴的分量都不为零，那么保偏光纤和波片都不能保持偏振态。
虽然保偏光纤和波片都是通过快慢轴的相位延迟改变偏振，但是保偏光纤也不能用作波片，因为整个光纤长度上的温度和应力变化时，保偏光纤的延迟将产生无法预测的波动。
测量输出偏振态我们在保偏光纤跳线中输入线偏振光，偏振方向绕光轴任意旋转，然后测量输出偏振态，所有结果显示在下图的邦加球上，从中可以看出输出椭圆偏振光的变化趋势。
黑色箭头指向两个保偏点，即，输入偏振方向沿快轴或慢轴时输出保持相同线偏振的点。
所有其它点表示输入偏振方向不沿快轴或慢轴时输出的椭圆偏振。
输出偏振态测量结果随着输入偏振方向旋转，测量数据在邦加球上画出一条迹线。
因为每旋转一圈改变光纤温度，在不同的温度下得到一组不同的椭圆偏振，因此所有迹线都不重叠。
实验目的1． 认识保偏光纤双折射效应特性 2． 用测偏振度方法测量保偏光纤拍长实验原理1． 光的偏振状态及单模光纤中的双折射效应光本质上是一种光频段的电磁场，一般以其电场分量描述场矢的振动特性，很多光源的光场聚集状态（或振动的叠加）并不像左图所示的具有确定的振动面（现为纸平面），而是表现为沿各方向的随机振动过程（混沌光），振动是无序的。
另外激光输出一般具有线偏振的特性，振动方向是确定的，在振动面内任意直角坐标系xoy 中可分解为x E , y E 两个分量，当具有任意振动方向的线偏振光通过单模光纤时，光纤介质与光场的相互作用可以使光的振动状态引起变化，也可以保持光的线偏振不变，也能使其失去偏振而成为混沌光，这取决于所使用的光纤。
光的振动状态引起变化的含义是指x E , y E 两个分量在经过光纤后相位上的变化有所不同，即产生附加位相差，光纤对光产生双折射的原因是多方面的，一般由内部应力或形变引起，一种比较理想的情况是光的偏振状态发生从线偏振→椭圆偏振→圆偏振→椭圆偏振→线偏振等周而复始的变化，这种交换偏振状态的次序可以沿着光纤的全部长度进行。
偏振变换经过2π位相差的距离为p L ，称为光纤的拍长，拍长与双折射n δ的关系是fas t s low n n n -=δ 02λδπδβn ⋅=nL p δλδβπ2==其中fast n 和slow n 是光纤内与双折射对应的两个感应方向（称快轴和慢轴）的折射率，δβ是单位长度的位相增量（横向传播系数变化）2． 偏振保持光纤在完美圆对称单模光纤中，11HE 模的两个偏振分量（正交偏振的01LP 模）以相同的速度传播，这时它们具有相同的传播常数,线偏振得以保持（01LP 模维持简并）。
如果光纤不是很好圆对称的，即光纤是双折射的，导致两个偏振分量有不同的传播常数，这时光纤内慢轴和快轴分别沿着椭圆的长轴和短轴方向。
光纤的椭圆形可能是在制造中的偶然误差所致，也可能是人为控制的，一般通过在光纤中施加应力区来形成双折射。
频域保偏光纤拍长测量作者：陈信伟来源：《山东工业技术》2015年第09期摘要：本文提出了一种频域高双折射保偏光纤拍长的测量方法。
实验结果表明该方法准确性较高，且操作简单，非常适用于保偏光纤的生产和使用过程中对保偏光纤质量的检测。
关键词：测量原理；实验装置；光源1 前言高双折射保偏光纤的拍长定义为在保偏光纤中的传输的各偏振本征模，经过一段距离后，它们之间的位相差为时的光纤长度。
它是保偏光纤保偏性能的最重要的一个参数。
因此，测量保偏光纤的拍长就显得十分重要，为保偏光纤的拉制和应用提供重要测量手段。
本文提出了一种操作简单，测量准确度高的保偏光纤拍长测量的方法。
2 测量原理由于保偏光纤的双折射是与波长相关的，因此拍长可定义为[1]：（1）式中为保偏光纤两偏振轴的折射率差。
当光纤中距出射端L 处的地方有偏振耦合发生时，将有两个偏振本征模在光纤中传输。
由于的存在，在光纤出射端两模式的相位差为。
改变发生偏振耦合点的位置L会使两偏振本征模之间的相位差发生改变，根据干涉光谱，提取耦合点位置变化时对应的相位差，就可通过下式得到拍长值[2]：（2）由于干涉光谱图中相邻两干涉峰之间的位相差是。
通过干涉图计算出每个峰值波长下的相对位相值，通过曲线拟合的方法便可以得到位相函数，从而得到被测保偏光纤的拍长。
3 实验装置及结果实验结构图如下图所示：光源经过光纤起偏器后入射进一长度为10米待测保偏光纤，检偏器与待测光纤45度熔接，检偏器出射光进入光谱仪。
光谱仪用来记录通过检偏器后的干涉光谱图。
实验时将光纤放在位移台上，在光纤任意位置施加一个外力，根据前面介绍的测量原理可知在光谱仪中将出现干涉光谱。
调整施力方向使得干涉光谱对比度最大并将光纤固定。
图2为耦合点移动2mm前后的干涉光谱图，根据图2的测量结果，先确定图中每个峰值波长对应的相对相位值，通过直线拟合确定干涉光谱的相位函数，图3为耦合点移动前后干涉光谱的相对相位值及相位函数拟合结果。
