На основе сравнения путей белого света при интерферометрии

Этот анализ поляризационной необратимости с сохраняющими поляризацию или деполяризацию волокнами показала важность эффектов деполяризации, вызванной двулучепреломлением, при использовании источника низкого уровня когеренции. Однако расположение и масштабы различных перекрестных помех в точках должны быть определены с погрешностью, даже если они кажутся похороненными в системе, для оценки ошибки остаточного смещения.

Методы измерения обычной поляризации нельзя продифференцировать серией дефектов, но эта проблема была решена путем применения методов сравнения путь интерференции белого света [12, 13, 14]. По аналогии с известным методом оптической временной области измерения коэффициента отражения, (OTDR) [15] используется для проверки коэффициента затухания обычных волокон область их дополняющей когерентности или OCDR [16], этот метод может быть назван областью оптической когерентности поляриметрии (OCDP).

Принцип сравнения путей интерферометрии белого света базируется на использовании широкополосных источников (белый свет, будучи исторически первым из доступных) в несбалансированном интерферометре. Когда путь дисбаланса гораздо больше, чем масштаб когерентности, контрастность интерференции исчезает (см. приложение 1). Разница хода волновых импульсов подавляется их перекрытием на выходе (Рисунок 5.6). Тем не менее, проходя через отсчетное устройство второго интерферометра, имеющего тот же дисбаланс пути, контраст интерференции восстанавливается на половину, потому что среди четырех выходных импульсов волны два перекрываются, поскольку они оба распространяются вдоль одного короткого и одного длинного пути в каждом интерферометре.

Рисунок 5.6. Принцип интерферометрии белого света: распространение волнового импульса в паре сравнением путей интерферометрии

Ввод волнового импульса

Перекрытие

Не перекрытие

Теперь, если один разделитель в первом интерферометре имеет очень низкий коэффициент разделения мощности (ε² и 1– ε² с ε²<<2), контрастностью восстановленной интерференции является ε, соотношение амплитуд, а не ε², отношение интенсивностей (Рисунок 5.7). Мощный волновой импульс является на самом деле "местным осциллятором" для процесса последовательного

Рисунок 5.7. Белый свет интерферометрии с очень низким отношением энергопотребления ε2 в одном разделителе

Ввод волнового импульса

Низкая мощность

Когерентное обнаружение

Локальный осциллятор

обнаружения (см. приложение 1) волнового импульса малой мощности. Например, разделение соотношения 60 дБ таким образом дает контрастность 10^–3 а не 10^–6.

Точка перекрестных помех поляризации в высоко двулучепреломляющем волокне эквивалентна этой слабой связи. Основной волновой импульс распространяет вдоль основной моды, и перекрестная помеха волнового импульса распространяется вдоль другой стороны, быстрая мода эквивалентна короткому пути и медленная мода эквивалентна длинному пути. На выходе из поляризатора вырстраивается по углом в 45 град относительно к основной оси двулучепреломляющего волокна, что эквивалентно рекомбинации 3 дБ (Рисунок 5.8). Используя отсчёт интерферометра, особенно интерферометра

Рисунок 5.8. Принцип оптической когерентности домена поляриметра (OCDP)

Анализатор

Интерферометр

Ввод

Не перекрытие

Контраст (ε)

 

Михельсона, разность хода двулучепреломления в волокне можно компенсировать, подавляя контраст восстановления, равный отношению амплитуд помех перекрестной поляризации, что делает этот метод OCDP очень чувствительным. Когда несколько узлов связи локализованы сериями вдоль волокна, они могут быть измерены отдельно путем сканирования одного зеркала интерферометра Михельсона.

Разность хода путь в отсчёте интерферометра дает расстояние L_f между анализируемой точкой и концом волокна:

 

, (5.24)

где – показатель разности двулучепреломления волокна. Пространственное разрешение равно длине деполяризации Ld, около 10 см в волокне, но, как мы уже видели, 0,5 мм в цепи LiNbO3 интегральной оптики.Этот метод сначала было предложено проверить на пространственном распределении случайных связей вдоль волокна [12], что это очень полезно, поскольку важно контролировать деградацию сохранения поляризации катушки в процессе намотки, и в частности, убедиться, что это не связано с локальными перекрестными помехами в нескольких точках. Однако основной интерес этот метод представляет в местном контроле над соответствующими компонентами, такими, как соединения и контакты [13,14], особенно стыки волокон интегральной оптической цепи, которые, как мы уже видели, имеют решающее значение для ограничения ошибок смещения, поскольку они симметричны относительно разделителя. Это также может быть применено к контролю деполяризаторов.

Это OCDP тестирование прекрасно приспособлено к случаю волоконного гироскопа, потому что оно измеряет дефекты паразитной поляризации точно так же, как они вызывают фазовые ошибки в кольцевом интерферометре. Так, например, его можно использовать для управления неразрушающим контролем гибкого волокна регулировкой укомплектованных суперлюминесцентных диодов, несмотря на их низкую степень поляризации. Частично поляризованные источники обычно рассматривают как суперпозицию двух ортогональных, некогерентных поляризаторов; но при испытании интерферометрии с белым светом их следует рассматривать на самом деле как суперпозицию прекрасно неполяризованных источников и прекрасно линейно поляризованных источников (Рисунок 3.31). Например, с соотношением мощностей 4 к 1 между двумя осями, суперлюминесцентный диод является на самом деле суперпозицией источника прекрасно неполяризованного с двумя пятыми мощности и прекрасно поляризованного источника с тремя пятыми мощности. Неполяризованный компонент не восстанавливает контрастность в отсчёте интерферометра таким же образом, как неполяризованный свет устраняет двулучепреломлением ошибку смещения в волоконном гироскопе (см. раздел 3.4.4), в то время как поляризованные компоненты ведут себя как источники обычной поляризации: смещение главных осей производит поляризацию соединения, которая может быть измерена со значением контрастности, которая восстанавливается при разности хода в отсчёте интерферометра и компенсируется двулучепреломлением гибкого волокна. Обратите внимание, что интерферометра Михельсона, используемый в данной установке, также подходит в системе для точного измерения функции когерентности широкополосного источника и в особенности, для оценки его остаточной многомодовой лазерной структуры [17] (Рисунок 5.9).

 

Рисунок 5.9. Измерения влияния остаточного многомодовые лазерные структура на суперлюминесцентный диод с его функцией когерентности (логарифмическая шкала).

Центральный пик

Остаточная лазерная структура

Считывание пути дисбаланса

Еще одной интересной особенностью данного метода является измерение отказа поляризатора [13]. На входе линейно поляризованный волновой импульс под углом в 45 град к основной оси интегрального оптического поляризатора на двулучепреломляющей подложке, имеется на выходе, главный переносимый волновой импульс и вторичный волновой импульс затухает при поляризации (Рисунок 5.10).

На выходе из поляризатора под углом 45 град оба волновых импульса рекомбинируют в то же состояние поляризации, и отсчёт интерферометра дает измерение отношение затухания амплитуд интегрального оптического поляризатора! Обратите внимание, что значительное отклонение установки поляризатора от входа и выхода не требуется.

Дополнительные поляризаторы используют только для того, чтобы разделить вводимый свет на две моды контролируемой поляризации и перекомпоновку их на выходе. Это даже позволяет дифференцировать отклонение перекрестные помехи в соединениях волокна в гибкой цепи. По сути, поляризованный свет должен быть заключен под 45 град от оси ввода двулучепреломляющего волокна в начале цепи ввода-вывода и поляризатор должен быть расположен под углом 45 град к оси в начале выхода. Отклонение поляризатора измеряется отсчётом дисбаланса, который соответствует общему двулучепреломлению двух начал и цепи, в то время как перекрестные помехи устройства в каждом соединении измеряются дисбалансом, который обусловлен двулучепреломлением соответствующего ввода-вывода (Рисунок 5.11). Это также относится к многоволоконным поляризаторам, таким, как "катушечным" поляризаторам.

Рисунок 5.10. Распространения волнового импульса света в интегрированном оптическом поляризаторе, изготовленном на двулучепреломляющей подложке (случай быстрого переноса ТЕ моды, как и в случае с x-сечением y-распространением LiNbO3 цепи).

Ввод волнового пучка

1.0. поляризатор

ТЕ пучок (быстрый)

Аттенюированный ТМ пучок (медленный)

Затухание

Наконец эта технология может быть расширена на пространственные моды и, в частности, для проверки качества пространственных фильтраций на коротком участке одномодового волокна с использованием порта ввода вывода кольцевого интерферометра [13]. Свет при распространении в волокне подается в основной LP ₀₁ моде, но если волокно не совсем одномодовое, имеется свет в модах высокого порядка LP ₁₁. Как и в случае с поляризационными модами, существует разность скоростей главного волнового импульса LP ₀₁, который не перекрывается во времени с затухающим волновым импульсом LP ₁₁ на выходе. Они должны рекомбинировать и направлять в отсчётное устройство интерферометра для измерения амплитуды исчезающие соотношения

 

паразитной LP ₁₁ моды. Можно четко отметить сферу рефлектометрии с оптической когерентностью (OCDR) [18] в которой разность хода белого света интерферометра уравнивается разностью во времени переноса группы, а не фазы транзитного времени. Расхождение ничтожно с двулучепреломлением, вызванным напряжением, но оно может быть очень разным для пространственных мод из-за эффектов дисперсии.

Рисунок 5.11. OCDP испытания гибкого интегрированного оптического поляризатора с (а) разностью хода волнового импульса, соответствующей первой перекрестной стыковке; (b) разностью хода волнового импульса, соответствующего второй перекрестной стыковке; (c) разность хода волнового импульса затухает в 1.0. поляризаторе (предполагается, что 1.0. поляризатор передает быструю ТЕ моду)

Входной волновой импульс

1.0 поляризатор

2-я перекрестная стыковка

Затухание

1-я перекрестная стыковка

Тестирование OCDP представляется очень мощным инструментом для управления и понимания различных проблем поляризации и двулучепреломления. Это позволяет оптимизировать компромисс между подавлением поляризации, поляризационными и деполяризационными связями и и получать очень низкую ошибку смещения несмотря на ограниченные производительности компонентов. Сначала в волоконных гироскопах коэффициенты интенсивности связей измерялись при тестировании избранных компонентов и при монтаже системы, хотя ложные сигналы зависят от соотношения амплитуд в связи с высокой когерентностью лазерного источника. Широкополосные источники и OCDP тестирование возвратили проблему в нужную перспективу: отношения коэффициентов связи амплитуд измеряются (и локализованы!) при монтаже, что означает высокую чувствительность при тестировании и контроле, в то время как паразитные эффекты в настоящее время зависят от коэффициентов интенсивности, что означает снижение

 

паразитарных сигналов в окончательной установке. Наконец, отметим, что OCDR методы, которые, как мы уже видели, очень похожи на OCDP, будут полезным инструментом для более точно оценивания остаточного обратного отражения при сшивании и соединениях волокон и интегральных оптических цепей.

 

Ссылки

[1] Kaminow, и. п., "Поляризации в оптических волокон," IEEE Journal of Квантовая электроника, том QE-17, 1981, pp. 15-21.

[2] Rashleigh, S. C, в. K. Бернс, р. п. Меоллер и р. Ульрих, "Поляризации, проведение в Birefringent одиночнm в режиме волокон," оптика письма, том 7, 1982 г., стр. 40-42.

[3] Born, M. и E. Wolf, Принципы оптики, Пергамский Press, 1975.

[4] Ожогы, в. K. и р. п. Меоллер, "Поляризатор Требования, предъявляемые к поляризатору вволоконного гироскопа с высокодвулучепреломляющим волокном и широкополосным источником," Journal of Lightwave технологии, том LT2, 1984, pp. 430-435 (SPIE MS 8, стр. 271-276).

[5] Arditty, д. х., Беттини п. х., ю. Bourbin, ф. Graindorge, х. С Лефевр, м. Papuchon и S. Vatoux, "Интегральная оптика волоконного гироскопа, прогресс для получения тактических приложений" Pro ceedings из ФУСШ 2 ' 84, Штутгарт, VDE-Verlag, 1984, pp. 321-325.

[6] Лефевр, х. C, Беттини п. д., с. Vatoux и м. Papuchon, "Прогресс в оптических волоконных гироскопах с использованием интегральной оптики" Proceedings of AGARD-НАТО, Vol. CPP-383. 1985 г. стр. 9A1-9AI3 (SPIE MS 8, стр. 216-227).

[7] Fredricks, р. х. и р. Ульрих, "Фазовые ошибки на границах волоконного гироскопа с неидеальными поляризатором/деполяризатором «электроника письма, Vol. 20, 1984, pp. 330-332 (MS SPIE 8, стр. 277-278).

[8] Джонс, е. и я. в. Паркер, "Снижение смещения при поляризационной дисперсии в волоконном оптическом гироскопе" Электроника письма, Vol. 22, 1986, pp. 54-56 (MS SPIE 8, стр. 286-287).

[9] Бернс, в. K., "Фазовые ошибки на границах волоконного гироскопа с сохраняющими поляризацию волокнами" Journal of Lightwave технологии, том LT4, 1986, pp. 8-14 (SPIE MS 8, стр. 279-285).

[10] Карраре, с. л. а., Ким ю. б. и н. д. шоу, "Снижение дрейфа наклона в сохраняющем поляризацию волоконном гироскопе " оптика письма, том 12, 1984, pp. 214-216 (MS SPIE 8, pp. 291-293).

[11] Бома, K., п. куница, K. Petermann, е. Weidel и р. Ульрих, "Низкий дрейф гироскопа с использованием суперлюминесцентных диодов «электроника письма, том 17. 1981, pp. 352-353 (SPIE MS 8, pp. 181-182).

[12] Такада, К., д. Нода и К. Окамото, "Измерение пространственного распределения моды соединения в двулучепреломляющих сохраняющих поляризацию волокнах с новой схемой детектирования" оптика письма, Vol. 11, 1986, pp. 680-682.

[13] Лефевр, С его, "Комментарии к волоконно оптическому гироскопу" SPIE труды, том 838, 1987, pp. 86-97 (MS SPIE 8, стр. 56-67).

[14] Такада, K., K. Chida и я. Нода, "Точный метод углового выравнивания двулучепреломляющих волокон на основе интерферометрической техники" прикладной оптики, том 26, 1987, pp. 2979-2987.

[15] Barnoski, м. к. и м. S. Йенсен, "Волоконные волноводы, новая техника на исследования характеристик затухания" прикладной оптики, том 15, 1976, pp. 2112-2115.

[16] Youngquist, р. C, с. Карр и д. е. н. Davies, "Оптическая когерентность в области рефлектометрии: новый способ оценки" оптика письма, том 12, 1987, pp. 158-160.

[17] Мартин, п. г. Ле Boudec и х. С Лефевр, "Тест аппаратура для распределения поляризационных связей в катушках волоконного гироскопа, использующая белый свет при интерферометрии" SPIE труды, том 1585, 1991.

[18] Kohlliaas, а., с. Fromchen и э. Brinkmeyer, "Высокое разрешение OCDR для тестирования интегральных оптических волноводов: экспериментальные данные, корректирующие искаженную дисперсию численными алгоритмами" журнал Lightwave технологии, Vol. 9, 1991, pp. 1493-1502.

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: