浅述偏振消光比测试用途、原理及美韩中三国相关技术对比
2019-03-04 09:47:43
当前科技迅猛发展，光纤激光器、光纤光栅、光纤传感行业飞速崛起，保偏光纤的应用也越来越广泛，越来越重要，在航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。保偏光纤作为一种特种光纤，主要应用于光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统。由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和声呐，属于高新科技产品，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤一直被西方发达国家列入对我禁运的清单，对保偏光纤的消光比测试也成为近年来逐步兴起的一项技术需求。
同时，国内科研及工业生产模式成产业园式布局，生产规模急剧扩张，作为该产业服务的一部分，消光比测试仪国产化也开始成熟；本文介绍了几种美、韩及国内的消光比测试技术供大家参考研究，共同探讨技术进步。
一、ER2200偏振消光比测试仪
• 厂商：韩国FIBERPRO
• 特性：
· 宽波长范围：1260nm－1650nm
· 50dB dynamic range of PER measurement
· 6.6mm的接口间距，插拔更安全，使用更可靠
· 宽输入功率范围：-40～+10dBm
· 3个模拟输出：PER、Angle、Power
· GPIB/RS232
· 配备实时测试软件
参数配置：
ER2200参数配置：
ER2200、ER3000参数配置：
①可以根据用户需要订制适用的波段
②对更高的输入功率，需要使用衰减器选项
③在150nm
④其他类型光输入也可以适用
应用领域：
1.消光比测试Polarization Extinction Ratio Measurement
可以测试消光比(PER)，生产研发保偏光纤的重要特性。保偏光纤跳线和其它的保偏光纤的零附件。
2. 光学偏振轴的对准
对于偏振态和消光比的测试可以用来将保偏光纤和偏振轴对接，比如保偏光纤尾纤到激光器，起偏器，偏振分路器和复合器等等。通过三个用户自定义的模拟输出，可达到非常有效的对准控制。
总介：可以快速高精度地测量消光比，偏振角度，和光功率，50dB的PER动态测试范围，主要应用在保偏光纤及其零附件，与保偏和激光器，起偏器，以及其他保偏设备。
二、华纤光科消光比测试仪HXGK-X100
产品介绍：
潍坊华纤光电科技有限公司最新推出消光比测试仪HXGK-X100,50dB的PER动态测试范围,测量精度误差为±0.1dB，可以快速高精度地测量消光比、偏振角度和光功率。
参数指标：
操作波长:1260nm~ 1650nm
输入功率范围：–40 dBm~ 10 dBm
偏振消光比范围:
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
消光比测量分辨率：0.1 dB
消光比测量精度：0.3dB （PER < 40 dB)
角度测量分辨率：0.1°
角度测量精度：±1°
功率测量分辨率：0.1 dB
功率测量精度：±0.2dB
测试速率 0.1~0.2s.
输入接口：FC/PC
输出参数：消光比、角度、功率
工作电流：220V 50Hz/60Hz
通信接口：RS232 / GPIB / USB 2.0
尺寸：85*210*320mm
操作温度：10℃ ~ 40℃
应用领域：光器件的偏振测量、保偏尾纤器件测试、保偏跳线生产、保偏器件对轴等。
三、美韩仪器主要的性能参数对比：
消光比重要指标对比表
序号 名称 ER2200 （韩国FIBERPRO） ERM-101（美国GP）
1 偏振角度测试精度 0.05 0.06
2 消光比测试精度 0.1db 0.3db
3 功率测量精度 0.1db 0.23db
4 输入功率范围 -40dbm--+10dbm - 30dbm--+10dbm
总结：ER2200 消光比内部 光接收镜和光接口之间只有6.684 毫米。是ERM101 所达不到
的。 所以ER2200 精度比ERM101 要高。
四、消光比测试用途
能够迅速，准确的测量光通过保偏光纤的消光比值，偏振角度以及光功率。在光纤陀螺、光纤传感等领域，能够满足多数的光纤器件以及光纤传感方向等类型企业和科研单位对于消光比测量的技术要求是其主要用途。
五、消光比测试原理
保偏光纤
保偏光纤是一种特制光纤，可以使线性偏振光在通过光纤时保持其偏振态。制作保偏光纤时在纤芯周围设置对称的应力区域，使某个确定方向上的折射率发生改变，光在光纤内传播时产生双折射，当光偏振方向和保偏光纤的快轴和慢轴（通常是慢轴）匹配时，可以维持偏振态。当光偏振方向和慢轴或者快轴成一定角度时，出射光的偏振态会因保偏光纤的长度不同而不同。目前常见的保偏光纤有熊猫型和蝴蝶型。
PER（Polarization Extinction Ratio）偏振消光比
偏振消光比是衡量光学偏振元件的一个重要参数，用下面方法简单计算。
PER=10*lg (Pmin/Pmax)
其中，Pmin和Pmax是测量到的最小和最大光功率。HXGK-X100可快速准确的实时测量消光比，在测量过程中可以显示偏振角度以及入射光功率，因此，非常适合测量保偏器件的PER使保偏光纤对准到激光二极管，偏振器和其他保偏器件。
测量偏振消光比的方法
光学部分是由旋转偏振器和探测器构成，输出到FC接口的光经过直径为1mm 的针孔后经高速旋转的偏振器进入探测器内，分析输入光的偏振方向并计算偏振消光比和偏振角度。
保偏光纤（polarization maintaining fiber）的偏振消光比测量
1. 将测试取样的保偏光纤连接到可旋转偏振器和HXGK-X100
2. 开机后，HXGK-X100自动进入偏振消光比测量状态，并显示此时的入射光功率和偏振角度。
3. 手动旋转偏振器，可以在显示屏上看到最大的偏振消光比值，此时，入射线偏振光的偏振方向与保偏光纤的快轴或者慢轴对齐。
注意： 为准确测定被测件的偏振消光比，用于测试的可旋转偏振器的偏振消光比需高于测试取样10 dB以上
保偏光纤的理论轴有慢轴和快轴，其中偏振器的偏光轴与慢轴一致时偏振消光比的结果较好。
LD和保偏光纤的PER测量
1. 被测的LD和保偏光纤连接到X100
2. 对保偏光纤进行扰动（加热或拉长）观察PER变化
3. PER的最小值为被测件（LD和保偏光纤）的PER
对准两个保偏光纤的偏振轴
1. 保偏光纤1连接到可旋转偏振器和X100
2. 和之前测量一样，调节可旋转偏振器，当PER最大时，此时线偏振光偏振方向和保偏光纤慢轴对齐
3. 在被测件保偏光纤1和X100之间连接保偏光纤2
4. 旋转保偏光纤2，当PER为最大值时，此时保偏光纤1和保偏光纤2的慢轴对齐
六、常用注意事项及自检规范
① 检查接入的电源是否选择正确
② 将电源线连接到仪器背面的交流电接入口
③ 开启仪器背面的电源开关，请保证至少10分钟给仪器预热至稳定，再进行测量。
4、FC接口法兰适配器微调
如发现输入光功率，偏振消光比测量不准确现象，可以微调法兰适配器的固定螺丝，不要拧紧，寻找到最大功率的位置即可，此时消光比测试仪即工作在最佳状态。
