基于白光频域干涉的高偏振消光比检测理论和实验研究

This project is designed to meet the great demand for measuring high polarization extinction ratio (>60dB) of Y-waveguide integrated optical device, which is the core component of high-precision FOG widely used in military, marine, aviation, aerospace, civilian areas, etc. Based on white light spectral interferometry, the theoretical and experimental studies of the high polarization extinction ratio measurement have been carried out. Based on the partially coherent theory, the distributed polarization coupling model and the spectral transfer function (STF) are established. Then we get the demodulation principle of wide spectral extinction ratio with the intrinsic coupling points. To eliminate the crosstalk induced by parasitic coupling points, the formation mechanism and the identification method of coupling points are studied. Combining Fourier Transforms, Wavelet Transforms, Empirical Mode Decomposition and Frequency of Mixed Transformation, the signal demodulation for multiple weak coupling points in near-space is realized. Looking for the optimum polarizing/analyzing angle to improve the detection sensitivity of weak signals and optimize the experimental setup of white light spectral interferometer under the guidence of spetral transfer function to reach: dynamic range >80dB, maximum extiction ratio value >70dB, measuring accuracy <0.5dB, resolution <0.1dB. The project exerts to explore the novel detection thoery of wide spectra high polarization extiction ratio and develop the optimal measurement system to guide the manufacture and use of devices with high polarization extiction ratio, which will possess great strategic significance for national industry, national defense and other high-tech development.

本项目针对军事、航海、航空、航天及民用等领域高精度光纤陀螺中Y波导集成光学器件的高偏振消光比（>60dB）检测这一重大需求，开展白光频域干涉法高偏振消光比检测理论和实验研究。基于宽光谱分振幅干涉理论，建立分布耦合模型和光谱传递函数，通过本征分布耦合点得到宽光谱消光比计算模型。研究耦合点形成机理和判别方法，以解决寄生耦合点串扰问题。提出傅里叶变换、小波变换、经验模态和混合频率变换联合的解调方法，实现近距离多个弱耦合点的信号解调。采用光谱传递函数指导并优化白光频域干涉实验系统，寻找最佳起偏/检偏角度，提高弱耦合点探测灵敏度，实现消光比测量，其动态范围>80dB，最大消光比测量值>70dB，测量精度<0.5dB，分辨率<0.1dB。本项目将探索高偏振消光比检测新理论，开发最优宽光谱高偏振消光比检测系统，指导高消光比器件的生产和使用，对国家工业、国防和其它高科技的发展具有重大战略意义。

本项目针对军事、航海、航空、航天及民用等领域高精度光纤陀螺中Y 波导集成光学器件的高偏振消光比检测这一重大需求，开展白光频域干涉法高偏振消光比检测理论和实验研究。.基于干涉理论，建立分布耦合模型和光谱传递函数，通过本征分布耦合点得到消光比计算模型。对系统信噪比、最小探测光功率和最大动态范围进行了深入分析，并推导了系统的测试深度/长度、耦合点空间分辨率的影响因素。.研究耦合点形成机理和判别方法，以解决寄生耦合点串扰问题。对于光纤受到内部及外部应力或弯曲而引起的耦合点，只要将检偏器的检偏角定位在90度就可以将本征耦合点和伪耦合点区分开来。对于光纤熔接或对接时，由于对轴不准出现的对轴致耦合点，光纤中不会出现伪耦合点，并进行了相应的实验验证。.采用了动态色散补偿方法，通过软件算法处理实现展宽的干涉包络的压窄，将1000m处耦合点的空间分辨率提高了10倍。.采用了基于集合经验模态分解（EEMD）和经验模态分解（EMD）联合的自适应算法，实现了干涉项和非干涉项自动分离，较好的抑制EMD的模式混叠，避免了光谱傅里叶变换技术中滤波器的手动选择。.分析了两个近距离色散包络交叠导致的拍频现象，理论计算了拍频，并和实验结果吻合一致，实现了两个近距离耦合点间隔的精确测量，测量误差小于5%。利用三次相位函数实现群延时色散的直接提取，避免了相位提取与二阶微分过程，实现了保偏光纤二阶色散的高精度测量。.提出了一种自适应偏振消光比计算方法，动态设定阈值耦合强度和非等迭代步长，自动选择有用偏振耦合点进行消光比计算。对不同长度的保偏光纤进行了测试，并且与Thorlabs商用消光比测试仪测量结果进行了对比，测试结果相差小于0.5dB。.采用光谱传递函数指导并优化白光频域干涉实验系统，进行了检偏角优化和分束镜分束比分析，搭建并完善了白光频域干涉系统。对Y波导偏振消光比进行了实验测试，测得其偏振消光比为36dB，系统的动态范围>80dB（检偏角为70度），测量精度<0.5dB，分辨率<0.1dB。.本项目探索高偏振消光比检测新理论，开发最优高偏振消光比检测系统，指导高消光比器件的生产和使用，对国家工业、国防和其它高科技的发展具有重大战略意义。