专利摘要
一种白光干涉法偏振器件消光比测试数据解调方法。该方法包括用白光干涉系统采集干涉信号，得到表征干涉信号的电压数据；将每点做平均得到新的电压数据，为整数，且，为的数据量大小；再经小波去噪，得到；对进行偏振串扰强度计算得到；通过程序算法找到阈值偏振串扰强度；取出中大于或等于的偏振串扰点，并利用这些点的偏振串扰强度得到，将剩余数据点划分成数据段，由每个数据段的最大偏振串扰强度计算得到；最后得到偏振器件的消光比；本发明利用白光干涉精度高、动态范围大的特点探测小偏振串扰点并用于消光比计算，使结果更精确。实现了阈值偏振串扰强度根据被测偏振器件的消光比性能自动选取，具有很强的自适应性，使测试结果更可靠。
说明书
技术领域
本发明涉及偏振器件的消光比测试技术，尤其涉及一种基于白光干涉法的自适应偏振器件消光比测试数据解调方法，属于光学测量技术领域。
背景技术
消光比是度量偏振器件(如波导、保偏光纤、保偏光纤耦合器、偏振器，棱镜，晶体)保持光的偏振态稳定性能的重要指标。偏振器件的消光比越高，说明偏振器件具有越好的保持光偏振态的能力。然而由于偏振器件的内部残余应力、加工工艺以及外界扰动等各种内外部因素的影响，使得偏振器件的消光比不能达到使用要求，因此对偏振器件的消光比需要做出精确的测试标定。
目前消光比的测试方法主要有直接测量法和偏振光干涉法。直接测量法多基于起偏器起偏和旋转检偏器，通过测量偏振器件透光轴光能Py与非透光轴的光能Px之比衡量其消光比大小，一般可表示为 在直接测量消光比的方法中，通常需要使用衰减器，并且频繁的调节光路，往往会引起较大的测量误差。如若使用高灵敏度的光电倍增管进行测量，还需要有效的抑制杂散光的干扰，同时由于受起偏器消光比性能的影响，理论测试精度也仅限于60dB。而偏振光干涉法则可以充分利用白光干涉所具有的高空间分辨率和宽动态范围的优点，更精确的探测偏振器件内部存在的偏振串扰点。正因为白光干涉的高精度特点，基于白光干涉法的消光比测试系统能够探测到偏振器件内部很小的偏振串扰点，而如何利用这些偏振串扰点更精确的计算偏振器件的消光比，则需要根据系统所探测的偏振串扰点的强度，选择一种具有自适应性的消光比计算方法。
本发明基于白光干涉原理，在采集到所有偏振串扰点干涉数据的基础上，通过数据预处理和自适应消光比算法，使得消光比测量结果更为精确。
发明目的
本发明的目的是解决干涉法测偏振器件消光比的数据解调问题，提供一种基于白光干涉的偏振器件的消光比测试数据解调方法，通过提出的自适应阈值偏振串扰强度来精确计算偏振器件的消光比，进一步提高利用白光干涉法测量偏振器件消光比的精度和可靠度。
本发明提出的基于白光干涉的偏振器件的消光比测试方法，充分利用白光干涉精度高、动态范围大的特点对偏振器件内部的小偏振串扰点进行探测，进而通过数据预处理和自适应消光比计算算法，使得测试结果更为精确、可靠。
本发明提供的白光干涉法偏振器件消光比测试数据解调方法包括：
第1、使用图2所示的白光干涉法消光比测试系统采集干涉信号，测试系统用探测器接收白光干涉信号并进行光电转换，得到连续的模拟电信号，经采集卡抽样、量化后得到表征干涉信号的离散的电压数据V(t)，如图3所示；
第2、将第1步中采集的电压数据V(t)进行数据预处理
第2.1、对电压数据V(t)中的数据每N个点做平均，将得到的平均值作为这N个点的值，在有效消除信号中的随机噪声的同时将数据量M缩减N倍，从而得到新的电压数据 其中N、M为整数，且0＜N＜M，M为V(t)的数据个数；记电压数据 的数据量大小为a，则a＝[M/N]表示对M/N取整；
第2.2、对 进行小波去噪，在均值去噪的基础上，利用小波的自适应性去除噪声而保留有用信号，得到电压数据V0(t)；
其中小波去噪的层数一般选用5层，能在很大程度上降低系统的本底噪声第3、利用进行数据预处理后得到的电压数据V0(t)进行局部偏振串扰强度计算第3.1、寻找V0(t)的最大值点V0max(t)，并对V0max(t)点附近的100点数据做平均求得V0max(t)点处的直流电压值V0DC(t)，计算ΔVm，ΔVm＝V0max(t)-V0DC(t)，ΔVm的意义如图3所示，表征了测试系统的静臂反射镜和动臂反射镜光程差为零时所得的干涉信号的幅值。
第3.2、取V0(t)中每一点的电压值V0i(t)，并对V0i(t)点附近的100点数据做平均得到V0i(t)点处的直流电压值V0iDC(t)，计算ΔVci，V0i(t)-V0iDC(t)，其中，i为整数，并且0≤i≤a；ΔVci的意义如图3所示，表征了测试系统的静臂反射镜和动臂反射镜光程差补偿了偏振器件中两偏振态光间的光程差时所得的干涉信号的幅值。
第3.3、将ΔVci与ΔVm作如式(1)的计算，得到数据Vci(t)，用Vc(t)表示由数据Vci(t)构成的偏振串扰强度数据，数据量大小为i。从数据Vc(t)中即可得到局部偏振串扰点的偏振串扰强度
第4、利用第3.3步得到的Vc(t)计算偏振器件的消光比设在数据Vc(t)中存在n个局部偏振串扰点，偏振串扰强度分别为：αj，0＜j＜n；则在偏振器件出射端，非透光轴上的能量为：
式中Vm为偏振器件出射端透光轴的能量，将其用Py表示，则由公式 可知偏振器件的消光比可用多个偏振串扰点的偏振串扰强度αj表示：
而如何在实际测量数据中取出这n个局部偏振串扰点的偏振串扰强度来计算偏振器件的消光比将会在很大程度上影响消光比的测量结果；而本发明提出的自适应阈值偏振串扰强度弥补了上述缺陷，并且可根据采集数据做偏振串扰强度阈值的调整，更精确的选取的计算消光比所用的局部偏振串扰点，具体选取方法如下：
第4.1、寻找Vci(t)中表征待测器件两端接头处的偏振串扰强度点，将两接头之间表征偏振器件偏振串扰强度的所有数据点取出，记为V′c(t)；
第4.2、寻找V′c(t)中最大值点记为αmax，αmax＝max{V′c(t)}，计算
第4.3、将αmax附近表征此串扰点的偏振串扰强度点去除，剩余偏振串扰强度点记为V″c(t)；
第4.4、寻找V″c(t)中最大值点记为α′max，α′max＝max{V″c(t)}，计算
第4.5、判断PER″-PER′是否大于σ，σ为将α′max对应的偏振串扰点用于计算偏振器件的消光比时，得到的器件的消光比与不将α′max对应的偏振串扰点用于消光比计算时系统所测得偏振器件的消光比值的差值，一般σ＝0.01dB或更小的数值；
第4.6、当PER″-PER′大于或等于σ时，说明新取到的偏振串扰点对偏振器件消光比的计算结果影响较大，需要参与到消光比计算中，则将PER″记做PER′，α′max记做αmax，返回第4.3步继续执行；当PER″-PER′小于σ时，说明新取到的偏振串扰点对偏振器件消光比的计算结果基本无影响，可忽略，此时得到的PER″即为偏振器件的消光比，记为PER；
第4.7、当PER″-PER′小于σ时，程序算法得到的α′max即为阈值偏振串扰强度，记为α′th。以在光源分辨率Lc长度中所包含的数据点个数b作为划分区间长度，将当PER″-PER′小于σ时的偏振串扰强度V″c(t)划分为r个数据段，其中 即对 取整。划分后的数据段记做V″ck(t)，表示第k段数据；其中， λ0为测试所用宽带光源的中心波长，Δλ为光源谱宽；k为整数，并且0＜k≤r；取出V″ck(t)中的最大值αk max，即αk max＝max{V″ck(t)}，0＜k≤r，按(4)式利用αk max计算PER0：
第4.8、由PER0和第4.7判断PER″-PER′小于σ时程序算法得到的PER″按照(5)式计算偏振器件的消光比PER：
本发明的优点和积极效果：
1、本发明充分利用白光干涉精度高、动态范围大的特点对偏振器件内部的小偏振串扰点进行探测，使得消光比测试结果更为精确。
2、实现了阈值偏振串扰强度根据被测偏振器件的消光比性能自动选取，具有很强的自适应性，使得消光比测试结果更为可靠。
附图说明
图1是白光干涉法消光比测试数据解调流程图。
图2是白光干涉法消光比测试装置图。
图3是表征干涉信号的电压数据示意图
图4是3m跳线原始干涉数据示意图。
图5是3m跳线偏振串扰强度数据示意图。
图6是12m跳线原始干涉数据示意图。
图7是12m跳线偏振串扰强度数据示意图。
具体实施方式
本发明实施案例对保偏光纤的消光比进行了测试。消光比测试装置采用结构简单的迈克尔逊干涉仪作为解调干涉仪。图1是白光干涉法消光比测试算法流程图；图2是本发明的硬件测试装置图，其中，1是SLD光源，2是隔离器，3是起偏器，4是保偏光纤，5是待测偏振器件，6是解调干涉仪尾纤，7是扩束准直透镜，8是半波片，9是格兰棱镜，10是分束器，11是静臂反射镜，12是扫描导轨，13是动臂反射镜，14是光电探测器，15是采集卡，16是计算机，17、18是步进电机。
超连续谱光源由日本Amonics Limited公司提供，型号ASLD84-PM-150-B-FA的光源，光源的谱形为高斯型分布，中心波长为850nm，谱宽为49nm，最大输出功率为15mW；检偏器使用Thorlabs公司的消光比在100dB以上的格兰棱镜；高精密导轨为日本THK公司滚珠丝杠导轨，型号为KR2602AFM+200LP0F-000E；探测器采用Newport818-SL，探测波长范围为400nm-1000nm，暗电流5nA，动态范围0-4.6×10-3W；NI公司的NI-USB6251数据采集卡进行数采集；步进电机控制器为东方马达CRK544APB。
在消光比测试实验中，由超连续谱光源1发出超连续谱光，通过光隔离器2、起偏器3后变成线偏光，沿起偏器尾纤(保偏光纤)4的某一主轴耦合进待测偏振器件5，由偏振器件出射的出射的光经解调尾纤6传输后由扩束准直透镜7准直，经旋转半波片8改变光偏振态并结合格兰棱镜9检偏，使偏振器件出射端的两垂直偏振态的光波均投影到同一偏振态，然后进入可调迈克尔逊干涉仪，由分束器10将投影后的光分成两束，一束到达静臂反射镜11，另一束到达固定在扫描导轨12上的动臂反射镜13，通过移动动臂反射镜补偿光程差使投影到同一偏振态的光波发生干涉，由光电探测器14接收干涉光强，之后采集卡15将探测器采集的光信号转换成数字电信号送进计算机16进行数据处理。实验装置中半玻片8的旋转以及导轨12的移动均由计算机16给采集卡14信号，采集卡控制电机17和电机18来实现。由于偏振器件具有保持光偏振态的特性，当保偏光纤受到外界扰动或是本身存在缺陷时，沿其某一偏振主轴传输的线偏光将会串扰到另一与之垂直的偏振主轴上，从而造成光偏振态串扰，最终偏振串扰点的位置以及强度均可由采集到的干涉光信号解调得到，进而进行偏振器件消光比的测量。
实施例1：
将中心波长为850nm，长为3m的Nufern保偏光纤接入系统中，启动所有设备后，进行白光干涉数据采集，图4给出了光源功率为8mW时，采集的原始干涉数据示意图。对采集的原始数据按图1所示的数据解调方法进行解调，首先计算得到干涉主极大即光纤长度为0处的干涉信号幅值，然后由干涉数据中每一点的幅值与主极大处的幅值计算得到表征偏振串扰强度的数据，如图5所示，AB段数据表示干涉仪尾纤的偏振串扰强度，BC段数据表示被测保偏光纤的偏振串扰强度。利用表征被测3m保偏光纤的偏振串扰强度的BC段数据，通过循环程序算法找到阈值偏振串扰强度α′th取出偏振串扰强度大于或等于α′th的偏振串扰点，并利用这些点的偏振串扰强度计算得到PER″；将小于α′th的偏振串扰强度点划分成数据段，取出每个数据段的最大偏振串扰强度计算得到PER0；最后由PER″和PER0得到偏振器件的消光比
实验对3m保偏光纤进行了5次实验，并将得到的消光比与Thorlabs偏振消光比测试仪测得消光比进行了比较，如表1所示。采用本发明所述的消光比计算算法得到的消光比标准偏差小，并且测试结果与Thorlabs偏振消光比测试仪的测试结果仅相差0.42dB。
表1 3米保偏光纤跳线消光比测试结果
实施例2：
将中心波长为850nm，长为12m的日本滕仓保偏光纤与起偏器尾纤和解调干涉仪尾纤接入系统中，进行白光干涉数据采集，图5给出了光源功率为8mW时，采集的原始干涉数据示意图。对采集的原始数据按图1所示的消光比测试算法进行处理，首先计算得到干涉主极大即光纤长度为0处的干涉信号幅值，然后由干涉数据中每一点的幅值与主极大处的幅值计算得到表征偏振串扰强度的数据，如图7所示，EF段数据表示干涉仪尾纤的偏振串扰强度，FG段数据表示被测保偏光纤的偏振串扰强度。利用表征被测12m保偏光纤的偏振串扰强度的FG段数据，通过循环程序算法找到阈值偏振串扰强度α′th；取出偏振串扰强度大于或等于α′th的偏振串扰点，并利用这些点的偏振串扰强度计算得到PER″；将小于α′th的偏振串扰强度点划分成数据段，取出每个数据段的最大偏振串扰强度计算得到PER0；最后由PER″和PER0得到偏振器件的消光比
实验对12米长保偏光纤进行了5次实验，并将得到的消光比与Thorlabs偏振消光比测试仪测得消光比进行了比较，如表2所示。采用本专利所述的消光比计算算法得到的消光比与Thorlabs偏振消光比测试仪的测试结果仅相差0.35dB。
表2 12米保偏光纤跳线消光比测试结果
白光干涉法偏振器件消光比测试数据解调方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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