一种光纤内扭转检测方法

摘要

本发明公开了一种光纤内扭转检测方法；该方法基于琼斯矢量法和斯托克斯矢量法，由单色偏振光在光纤传输时偏振态的变化与光纤内扭转率的关系，通过测量光线经过光纤后斯托克斯矢量中参量的大小获得光纤内扭转率。本发明实现了光纤内扭转的检测，为低磁敏感光纤的筛选提供参考依据，对光纤陀螺环境适性的提升有巨大的帮助。

主权项

1.一种光纤内扭转检测方法，该方法在光纤内扭转检测装置上实现，所述光纤内扭转检测装置包括激光光源（1）、第一线偏振片（2）、第一夹具（3）、第一显微镜物镜（4）、待测光纤（5）、第二显微镜物镜（6）、第二线偏振片（7）、第二夹具（8）、位移台（9），光强探测器（10）、计算机（11）、电机模块（12）；其中，所述第一线偏振片（2）内嵌于第一夹具（3）中，激光光源（1）发出的光线垂直于第一线偏振片（2）的通过面；第一显微镜物镜（4）位于第一线偏振片（2）之后，入射光线经过第一显微镜物镜（4）耦合进入待测光纤（5）中；第二显微镜物镜（6）位于待测光纤（5）之后，其对经过待测光纤（5）后的出射光线进行扩束准直；位移台（9）位于第二显微镜物镜（6）之后，第二夹具（8）固定在位移台（9）上，第二线偏振片（7）内嵌于第二夹具（8）中，且第二线偏振片（7）的通过面与出射光线垂直；光强探测器（10）位于位移台（9）之后；电机模块（12）分别与位移台（9）和计算机（11）相连；其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）从一盘光纤中截取一段待测光纤（5），置于第一显微镜物镜（4）和第二显微镜物镜（6）之间，并且得到待测光纤（5）入射端面内的慢轴方向后，调整待测光纤（5）使其慢轴竖直；（2）旋转第一夹具（3），利用第一夹具（3）上的刻度使线第一线偏振片（2）的透光方向为竖直方向，确保激光光源（1）发出的光线进入到待测光纤（5）时用斯托克斯矢量可表示为[1,1,0,0]^T；（3）打开激光光源（1）后，调整第一显微镜物镜（4），将光线耦合进待测光纤（5）中，第二显微镜物镜（6）的作用为将从待测光纤（5）出射的光扩束准直；（4）旋转第二夹具（8），利用第二夹具（8）上的刻度使第二线偏振片（7）的透光方向与X₀轴成45°，通过位移台（9）的平移来控制第二线偏振片（7）是否在光路中，开始时，第二线偏振片（7）不在光路中；（5）用光强探测器（10）测量光线经过第一线偏振片（2）、第一显微镜物镜（4）、待测光纤（5）以及第二显微镜物镜（6）后的光强，记为I₁，将所测定的光强数据输入到计算机（11）；（6）计算机（11）发送命令信号到电机模块（12），电机模块（12）包括电机驱动和电机，电机驱动根据计算机（11）发送的命令控制电机运动，进而控制位移台（9）平移，使线第二线偏振片（7）进入光路；（7）再用光强探测器（10）测量光线经过第一线偏振片（2）、第一显微镜物镜（4）、待测光纤（5）、第二显微镜物镜（6）以及第二线偏振片（7）后的光强，记为I₂，同时将所测定的光强数据输入到计算机（11）；（8）计算机（11）进行数据处理，由下式可得斯托克斯矢量中S₂的值：$S_2=\frac{{2I}_2-I_1}{I_1}$（9）由下式：$\begin{array}{c}{S}_2=2(D_r{E}_r+D_i{E}_i)\\ ={\cos }^2\left({\eta }_{0}z\right)\sin \left(2\mathrm{\tau z}\right)+\frac{F_0}{{\eta }_0}\sin \left({2\eta }_{0}z\right)+{\sin }^2\left({\eta }_{0}z\right)\sin \left(2\mathrm{\tau z}\right)\left(\frac{{\delta }^2+{{4F}_0}^2}{{{4\eta }_0}^2}\right)\end{array}$$F_0=\omega -\frac{1}{2}\mathrm{g\tau }-\tau$${\eta }_0=\sqrt{{(\delta /2)}^2+{F_0}^2}$可以获得光纤扭转率τ的值，式中，δ为光纤固有双折射，ω为地磁场引起的偏振旋转，为常量；z为光纤长度，g为常数。（10）计算机（11）发送命令信号到电机模块（12），控制位移台（9）平移，使线第二线偏振片（7）移出光路。（11）再从原光纤盘中截取另一段光纤，重复上述测量步骤1‐10。得到平均内扭转率：$\bar{\tau }=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left|{\tau }_i\right|$式中，N为检测次数。