申请/专利权人：南京理工大学

申请日：2022-04-27

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN114777934B

主分类号：G01J9/02

分类号：G01J9/02;H04B10/079

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.08.09#实质审查的生效;2022.07.22#公开

摘要：本发明公开了一种基于偏振光纤干涉仪的激光器波长实时监测方法，步骤如下：利用偏振光纤干涉仪系统波长实时监测装置采集四路移相为0°、90°、180°、270°的干涉信号，通过四步移相法解调携带实时波长信息的四路空间移相干涉信号得到对应的相位信息，进而获得波长信息，实现对激光器波长的实时监测。偏振光纤干涉仪系统采用保偏光纤及器件，实现同步移相的同时解决了普通光纤干涉仪中干涉光偏振方向不稳定引起的振幅抖动问题。本发明只需一个四象限探测器获得四个像素的光强信息就能反馈得到波长变化量，既避免了长位移带来的误差问题，又降低了成本，具有低插入损耗、高采样速率、高精度的特点，能够实现对激光器的实时波长监测。

主权项：1.一种基于偏振光纤干涉仪的激光器波长实时监测方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、激光器1输出端接有保偏光纤2，激光器1产生待测激光；激光器1的输出端接有保偏光纤2，偏振方向沿光纤慢轴，保偏光纤2输出的待测激光复振幅为E0t；步骤2、保偏光纤2另一端与偏振光纤干涉仪系统3连接，待测激光进入偏振光纤干涉仪系统3输出携带波长信息的正交偏振的参考光及延时光；所述偏振光纤干涉仪系统3沿光路依次包括光纤偏振分束器4、保偏延时光纤5、光纤偏振合束器6和温控模块7；待测激光经光纤偏振分束器4分为参考光和延时光，参考光和延时光经光纤偏振合束器6后，得到偏振方向互相正交参考光和延时光，温控模块7用于稳定光纤偏振分束器4、保偏延时光纤5、光纤偏振合束器6的温度：参考光和延时光的合成琼斯矢量Eint表示为[mejψt]TE0t，其中m为参考光路与延时光路的强度比，j为虚数，干涉臂光程差引入的相位延迟ψt＝2πnLλt，L为保偏延时光纤5的长度，n为光纤折射率，λt为待测激光器的波长，T表示转置；步骤3、利用空间移相系统27对正交偏振的参考光及延时光进行同步分光移相，得到移相量为0°、90°、180°、270°的空间移相干涉信号，实现相位延迟ψt的实时调制；步骤4、通过四步移相算法解调干涉信号得到相位信息和波长信息，实现对激光器波长的实时监测，具体如下：步骤4-1、采集移相为0°、90°、180°、270°的四路干涉信号I1，I2，I3，I4；步骤4-2、通过四步移相算法解调干涉信号，得到待测相位ψt： 步骤4-3、对待测相位ψt进行解包，将多个截断相位的区域拼接展开成连续相位，以恢复其真实相位；步骤4-4、将解包后的相位转化为波长变化Δλt，实现对激光器波长的实时监测：当光纤折射率n、保偏延时光纤的长度L已知时，待测相位Δψt的变化反映了激光器波长λt的演变特性，表示为： 通过公式4，得到相位变化和波长变化的关系，表示为： 其中Δλt为激光器的波长变化，λ为激光器中心波长，Δψt为激光器的相位变化；空间移相系统27包括沿光路依次设置光纤连接器28、准直透镜29、14波片30、四象限光阑31、四象限偏振片32、四象限探测器33；偏振光纤干涉仪系统3输出的公共端输出保偏光纤21与空间移相系统27的光纤连接器28连接；定义光纤连接器28位置为偏振光纤干涉仪系统3输出公共端，输出保偏光纤21慢轴所在平面定义为第三工作面；公共端输出保偏光纤21输出光经准直透镜29形成正交偏振的准直参考光及延时光，经快轴方向与第三工作面成45度的14波片30后形成共光路传输的左旋圆偏振的参考光和右旋圆偏振的延时光，其琼斯矢量Eout1t＝Gλ4Eint，其中Gλ4为为14波片30的琼斯矩阵；经过四象限光阑31后，参考光和延时光同时被分成四个象限，经过四象限偏振片32后形成四个不同偏振方向的参考光和测试光；四象限偏振片32由透光轴与x轴夹角为θk的四个偏振片构成，偏振片序号k＝1,2,3,4；正交偏振的参考光及延时光通过14波片30及四象限偏振片32，并由四象限探测器33的四个象限接收；四个象限接收光的琼斯矢量Ekt表示为： 其中，四象限偏振片32的琼斯矢量为四象限探测器33记录的干涉信号强度Ikt表示为：Ikt＝|Ekt|2＝Ut·{1+V·sin[ψt+2θk]}2其中Ut＝|E0t|2为干涉信号的背景分量，为干涉信号的对比度；四象限偏振片32由透光轴与x轴夹角θk在k＝1,2,3,4时依次为0°、45°、90°、135°。

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