CN111337052B - 一种y波导参数测量仪、测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Y波导参数测量仪、测量系统及测量方法。所述Y波导参数测量仪包括：光源、可调光衰减器、环形器、光探测器、光路变换装置和上位机。光源的输出端连接可调光衰减器的输入端，可调光衰减器的输出端连接环形器的第一端口；环形器的第二端口连接待测Y波导的主干的一端；主干的另一端与待测Y波导的第一分叉的一端和待测Y波导的第二分叉的一端连接；第一分叉的另一端连接光路变换装置的第一端口；第二分叉的另一端连接光路变换装置的第二端口；环形器的第三端口连接光探测器的输入端；光探测器的输出端连接上位机。本发明基于传统萨格纳克干涉仪的测量方法，实现多参量测量，且测量步骤简单、成本大幅度低，一键式全自动测量。

Description

一种Y波导参数测量仪、测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及测量领域，特别是涉及一种Y波导参数测量仪、测量系统及测量方法。

背景技术

Y分支光学调制器，又称Y波导相位调制器，简称Y波导，是作为光纤陀螺的专用调制器件，并在光纤传感与光电信号处理领域有着广泛的应用。Y波导的原理是外加电压信号通过Y波导两侧的电极产生调制电场，从而改变波导的有效折射率，实现对传输光信号的相位调制。Y波导的关键参数包括半波电压、波形斜度、分光比、消光比、插入损耗等。

半波电压是引起相位延迟为π时所需偏置电压的改变量，即相位延迟为π时所需要的调制电压为半波电压。半波电压的大小除与Y波导本身的参数，如光电系数、非常光折射率、调制电极宽度等有关外，还与所使用光源的中心波长及环境温度密切相关，波长越大，半波电压值越大，环境温度越高，半波电压值越小。因此光源中心波长的漂移以及环境温度的变化将直接影响Y波导的半波电压测试结果的稳定性与准确性。

波形斜度也称为直流相位漂移，是指直波导在低频或是静态调制电场作用下，其输出相位差的直流漂移量的归一化值。产生这一现象的原因是由于对Y波导电极施加外加电压后，LiNbO₃晶体和电极之间的SiO₂薄膜在器件制备过程中极易受到OH^-和碱金属离子的污染，在SiO₂薄膜中形成大量的可移动电荷，这些电荷在外加电场的作用下发生移动，在LiNbO₃晶体中产生感应电场，此电场与外加调制电场相叠加，引起干涉系统响应输出的波形畸变，导致在干涉输出的静态工作点上出现了直流漂移的现象。

分光比是表征Y波导分束功能的参数，接近1:1的分光比可减小散粒噪声所带来的等效相位误差，提高系统信噪比。可以通过计算Y波导输出的两光束光强的比值实现分光比的测量。

目前，由于测量方法与器件的局限性，测量过程中极易受外界环境的温度、磁场、振动等影响，测量Y波导各项参数的方案与设备主要停留在研究阶段与起步阶段。由于设备功能的不完善与不成熟，测量效率低，且人为因素造成的误差不可忽略，致使实际的测量值与真实值差异较大，且测量结果精准性、稳定性与可靠性普遍偏低，同时，现有波导测试仪测试过程复杂、测量参量单一且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种Y波导参数测量仪、测量系统及测量方法，以实现多参量的测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种Y波导参数测量仪，包括：光源、可调光衰减器、环形器、光探测器、光路变换装置和上位机；

所述光源的输出端连接所述可调光衰减器的输入端，所述可调光衰减器的输出端连接所述环形器的第一端口；所述环形器的第二端口连接待测Y波导的主干的一端；所述主干的另一端分别与所述待测Y波导的第一分叉的一端和所述待测Y波导的第二分叉的一端连接；所述第一分叉的另一端连接所述光路变换装置的第一端口；所述第二分叉的另一端连接所述光路变换装置的第二端口；所述环形器的第三端口连接所述光探测器的输入端；所述光探测器的输出端连接所述上位机；

所述可调光衰减器用于对所述光源输入的光的功率进行调节，得到光功率调节光；所述环形器用于将所述光功率调节光传输至所述待测Y波导；所述待测Y波导用于将所述光功率调节光分为第一光束和第二光束；所述光路变换装置用于改变所述第一光束和所述第二光束的传播方向；所述待测Y波导还用于接收光路改变后的第一光束和光路改变后的第二光束，并形成一束合束光束；所述环形器还用于将所述合束光束传输至所述光探测器；所述光探测器用于将探测到的所述合束光束发送至所述上位机。

可选的，所述光路变换装置为单模光纤传感环；所述第一分叉的另一端连接所述单模光纤传感环的第一端口；所述第二分叉的另一端连接所述单模光纤传感环的第二端口。

可选的，还包括：第一消偏器、第二消偏器和第三消偏器；所述第一消偏器的第一端口与所述环形器的第二端口连接；所述第一消偏器的第二端口与所述主干的一端连接；所述第二消偏器的第一端口与所述第一分叉的另一端连接；所述第二消偏器的第二端口与所述光路变换装置的第一端口连接；所述第三消偏器的第一端口与所述第二分叉的另一端连接；所述第三消偏器的第二端口与所述光路变换装置的第二端口连接。

可选的，还包括：第一双通道光功率计、第一耦合器和第二耦合器，所述第一耦合器和所述第二耦合器的分光比相同；

所述第一分叉的另一端连接所述第一耦合器的第一端口，所述第一耦合器的第二端口连接所述光路变换装置的第一端口；所述第一耦合器的第三端口连接所述第一双通道光功率计的第一输入端；所述第二分叉的另一端连接所述第二耦合器的第一端口，所述第二耦合器的第二端口连接所述光路变换装置的第二端口；所述第二耦合器的第三端口连接所述第一双通道光功率计的第二输入端。

可选的，还包括：第一偏振分束器、第二偏振分束器、第二双通道光功率计和双通道消光比测量仪；

所述第一偏振分束器的第一端口连接所述第一分叉的另一端，所述第一偏振分束器的第二端口连接所述光路变换装置的第一端口，所述第一偏振分束器的第三端口连接所述第二双通道光功率计的第一输入端，所述第一偏振分束器的第四端口连接所述双通道消光比测量仪的第一输入端；所述第二偏振分束器的第一端口连接所述第二分叉的另一端，所述第二偏振分束器的第二端口连接所述光路变换装置的第二端口；所述第二偏振分束器的第三端口连接所述第二双通道光功率计的第二输入端，所述第二偏振分束器的第四端口连接所述双通道消光比测量仪的第二输入端。

可选的，还包括：PBC-PBS偏振合束器和分束器和波片；

所述PBC-PBS偏振合束器和分束器的第一端与所述第一分叉的另一端熔接，所述PBC-PBS偏振合束器和分束器的第二端与所述第二分叉的另一端熔接，所述PBC-PBS偏振合束器和分束器的第三端与所述波片的一端熔接，所述波片的另一端与所述光路变换装置连接。

可选的，所述光路变换装置由低双折射光纤和光纤反射镜组成；所述低双折射光纤的一端与所述波片的另一端连接，所述光纤反射镜设置在所述低双折射光纤的另一端，所述光纤反射镜用于将从所述低双折射光纤的一端传入的光反射回所述波片。

一种Y波导参数测量系统，包括：第一多通道光开关、第二多通道光开关、光路变换装置、上位机和多个光路传输电路；所述光路传输电路包括：光源、可调光衰减器、环形器和光探测器；

所述光路传输电路的第一输出端与所述上位机连接，所述光路传输电路的第二输出端与待测Y波导的主干的一端连接，所述主干的另一端分别与所述待测Y波导的第一分叉的一端和第二分叉的一端连接；所述第一分叉的另一端连接所述第一多通道光开关的第一端口连接，所述第一多通道光开关的第二端口与所述光路变换装置的第一端口连接；所述第二分叉的另一端连接所述第二多通道光开关的第一端口连接；所述第二多通道光开关的第二端口与所述光路变换装置的第二端口连接；

所述光源的输出端连接所述可调光衰减器的输入端，所述可调光衰减器的输出端连接所述环形器的第一端口；所述环形器的第二端口连接所述主干的一端；所述环形器的第三端口连接所述光探测器的输入端；所述光探测器的输出端连接所述上位机；

所述可调光衰减器用于对所述光源输入的光的功率进行调节，得到光功率调节光；所述环形器用于将所述光功率调节光传输至所述待测Y波导；所述待测Y波导用于将所述光功率调节光分为第一光束和第二光束；所述第一多通道开关用于将所述第一光束传输至所述光路变换装置；所述第二多通道开关用于将所述第二光束传输至所述光路变换装置；所述光路变换装置用于改变所述第一光束和所述第二光束的传播方向；所述第一多通道开关和所述第二多通道开关还用于将光路改变后的第一光束和光路改变后的第二光束传输至所述待测Y波导；所述待测Y波导还用于将所述改变后的第一光束和所述光路改变后的第二光束形成一束合束光束；所述环形器还用于将所述合束光束传输至所述光探测器；所述光探测器用于将探测到的所述合束光束发送至所述上位机。

可选的，所述光路传输装置还包括：第一消偏器、第二消偏器和第三消偏器；

所述第一消偏器的第一端口与所述环形器的第二端口连接；所述第一消偏器的第二端口与所述主干的一端连接；所述第二消偏器的第一端口与所述第一分叉的另一端连接；所述第二消偏器的第二端口与所述第一多通道光开关的第一端口连接；所述第三消偏器的第一端口与所述第二分叉的另一端连接；所述第三消偏器的第二端口与所述第二多通道光开关的第一端口连接。

一种Y波导参数测量方法，应用于上述所述的任意一项Y波导参数测量仪；

根据光探测器探测到的光信号形成4τ周期的锯齿波，其中，τ为Y波导参数测量仪的渡越时间；

调节所述锯齿波的幅值，使得τ时间段内的光信号与3τ时间段内的光信号达到动态稳定，得到调节后的锯齿波幅值，并根据所述调节后的锯齿波幅值得到半波电压；

测量3τ时间段内的所述调节后的锯齿波幅值；

根据所述半波电压生成方波信号；

测量所述方波信号的幅值，所述方波信号的幅值为所述半波电压值的一半，周期为4τ；

根据所述方波信号的幅值和所述调节后的锯齿波幅值计算波形斜度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过设置可调光衰减器、环形器、光路变换装置和上位机，基于传统萨格纳克干涉仪的测量方法，实现多参量测量，且测量步骤简单、成本大幅度低，一键式全自动测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中Y波导参数测量仪的结构示意图；

图2为本发明实施例2中Y波导参数测量仪的结构示意图；

图3为本发明实施例3中Y波导参数测量仪的结构示意图；

图4为本发明实施例4中Y波导参数测量仪的结构示意图；

图5为本发明实施例5中Y波导参数测量系统的结构示意图；

图6为本发明实施例6的Y波导参数测量方法的流程图；

图7为本发明Y波导参数测量仪及测量系统的结构示意图。

符号说明：

Ⅰ-电源模块、Ⅱ-光电组件驱动电路、Ⅲ-测试光路、Ⅳ-测试平台、Ⅴ-上位机系统、Ⅵ-自动测试软件模块、Ⅶ-待测器件、1-光源、2-可调光衰减器、3-环形器、4-第一消偏器、5-待测Y波导、6-第二消偏器、7-第三消偏器、8-单模光纤传感环、9-光探测器、10-数据采集电路、11-上位机、12-1-第一双通道光功率计、12-2-第二双通道光功率计、13-1-第一耦合器、13-2-第二耦合器、14-1-第一偏振分束器、14-2-第二偏振分束器、15-双通道消光比测量仪、16-第一通道、17-第二通道、18-通道N、19-第一待测Y波导、20-第二待测Y波导、21-第N待测Y波导、22-第一多通道光开关、23-第二多通道光开关、24-PBC-PBS偏振合束器和分束器、25-波片、26-低双折射光纤、27-光纤反射镜、28-0°熔点、29-90°熔点、A-第一共用光路、B-第二共用光路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种Y波导参数测量仪、测量系统及测量方法。本发明通过设置可调光衰减器、环形器、光路变换装置和拥有频率跟踪与温补功能的上位机，基于传统萨格纳克干涉仪的测量方法，实现多参量测量，且测量步骤简单、成本大幅度低，一键式全自动测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的Y波导参数测量仪，包括：光源1、可调光衰减器2、环形器3、光探测器9、光路变换装置和上位机11。

所述光源1的输出端连接所述可调光衰减器2的输入端，所述可调光衰减器2的输出端连接所述环形器3的第一端口；所述环形器3的第二端口连接待测Y波导5的主干的一端；所述主干的另一端分别与所述待测Y波导5的第一分叉的一端和所述待测Y波导5的第二分叉的一端连接；所述第一分叉的另一端连接所述光路变换装置的第一端口；所述第二分叉的另一端连接所述光路变换装置的第二端口；所述环形器3的第三端口连接所述光探测器9的输入端；所述光探测器9的输出端通过数据采集电路10连接所述上位机11，所述上位机11中的上位机软件具有频率跟踪与温补系统，由于光源中心波长的漂移以及环境温度的变化将直接影响待测Y波导的半波电压参数的测量结果的稳定性与准确性，所以使用具有温补功能和频率跟踪功能的上位机可以进一步增强光路的稳定性与抗干扰能力，提高测量结果的准确性。

所述可调光衰减器2用于对所述光源1输入的光的功率进行调节，得到光功率调节光；所述环形器3用于将所述光功率调节光传输至所述待测Y波导5；所述待测Y波导5用于将所述光功率调节光分为第一光束和第二光束；所述光路变换装置用于改变所述第一光束和所述第二光束的传播方向；所述待测Y波导5还用于接收光路改变后的第一光束和光路改变后的第二光束，并形成一束合束光束；所述环形器3还用于将所述合束光束传输至所述光探测器9；所述光探测器9用于将探测到的所述合束光束发送至所述数据采集电路10，所述数据采集电路10将所述合束光束转换为电信号后发送至所述上位机11，所述上位机11用于根据所述电信号得到所述待测Y波导5的半波电压参数和波形斜度参数。

所述光路变换装置可以为单模光纤传感环8；所述第一分叉的另一端连接所述单模光纤传感环8的第一端口；所述第二分叉的另一端连接所述单模光纤传感环8的第二端口。

所述光源1可以为超辐射发光二极管。

所述单模光纤传感环8可以为500m单模光纤传感环。

作为一种可选的实施方式，所述Y波导参数测量仪，还包括：第一消偏器4、第二消偏器6和第三消偏器7；所述第一消偏器4的第一端口与所述环形器3的第二端口连接；所述第一消偏器4的第二端口与所述主干的一端连接；所述第二消偏器6的第一端口与所述第一分叉的另一端连接；所述第二消偏器6的第二端口与所述光路变换装置的第一端口连接；所述第三消偏器7的第一端口与所述第二分叉的另一端连接；所述第三消偏器7的第二端口与所述光路变换装置的第二端口连接。

本实施例的测量原理是：

光源1提供产生信号的光载波，经可调光衰减器2进入环形器3，并在环形器3输出端接入第一消偏器4，将光源1发出的光进行去相关处理，引入待测Y波导5的输入端，Y波导集成了起(检)偏、分束和相位调制的功能，传输光信号经待测Y波导5形成偏振光，待测Y波导5两输出端分别连接第二消偏器6和第三消偏器7，将待测Y波导5的两路输出偏振光再次去相干处理，并在单模光纤传感环8中沿相反方向进行传播。由于待测Y波导5的合束与起偏作用，经单模光纤传感环8相向传播的光信号在Y波导处相遇并形成干涉波，并再次在第一消偏器4去寄生光信号进行去相关处理，由于光纤环形器3内部结构的特殊性，连接光源1一端的输出端口光信号阻断，光信号完全由环形器3的另一端输出并传播进入探测器9，探测器9是用于探测干涉光信号，同时将其转化为电信号，经探测器转化完成的电信号进一步传递给数据采集电路10进行电信号的采集与处理传递至上位机11。

上位机11是整个测试系统的重要内容，而数据采集与计算方法又是数据处理过程中的核心部分，主要是因为测量精度的精准性主要依赖的是计算过程中数据的判断与提取，有效数据采集的精准度越高，所测得的结果可靠性越高。

本实施例基于传统萨格纳克干涉仪的测量方法，加入消偏器形成消偏光路，串入环形器实现分束和隔离的功能，减小返回光信号对光源的影响，串入可调光衰减器实现系统的光功率自调节，并结合上位机软件的频率跟踪与温补系统，可大大减少光纤环内部的耦合、双折射的影响，实现光功率自调节、稳定光路中心波长等，大幅度提高测量光路的稳定性与抗干扰能力，减小测量过程中由外界环境因素引起的光功率跳变、中心波长漂移、频率变化造成的测量误差，以提高测量结果的准确性、稳定性和可靠性，实现波形斜度和半波电压的测量。

实施例2

如图2所示，本实施例与上述实施例的不同在于，本实施例还包括：第一双通道光功率计12-1、第一耦合器13-1和第二耦合器13-2，所述第一耦合器13-1和所述第二耦合器13-2的分光比相同。

所述第一分叉的另一端连接所述第一耦合器13-1的第一端口，所述第一耦合器13-1的第二端口连接所述光路变换装置的第一端口；所述第一耦合器13-1的第三端口连接所述第一双通道光功率计12-1的第一输入端；所述第二分叉的另一端连接所述第二耦合器13-2的第一端口，所述第二耦合器13-2的第二端口连接所述光路变换装置的第二端口；所述第二耦合器13-2的第三端口连接所述第一双通道光功率计12-1的第二输入端。

所述第一耦合器13-1和第二耦合器13-2为2×2耦合器。

本实施例的测试原理为：将Y波导分光比测量功能融入波导测试，当光信号经待测Y波导5分束、起偏与调制形成两束偏振光①和⑧后，两束偏振光经由第二消偏器6和第三消偏器7去除寄生干涉光信号，形成光信号④和⑤，并与单模光纤传感环8两端相熔接，光信号进入单模光纤传感环8中相向传播，并再次经过第二消偏器6和第三消偏器7进入2×2耦合器13进行分光，其②和⑦两束光信号进入第一双通道光功率计12-1为实现分光比的测量做贡献，进入第一双通道光功率计12-1的两束光可准确的反映经待测Y波导5后的两输出光①和⑧的分光比，其主要原因在于，经待测Y波导5的两输出光信号①和⑧进入第一共用光路A，其两束光信号所经历的光路相同、光纤插损相同，再经由两个耦合器进行分光，可精确的测得②和⑦的光功率，即可准确的测得①和⑧两端的分光比。返回的①和⑧两束光信号与输入的①和⑧光信号相比保持了输入光信号的传播特性，只是光功率的衰减，且由于波导测试仪半波电压与波形斜度测试系统中，光功率的自调节系统的存在，系统光功率的小范围浮动对Y波导半波电压与波形斜度的测量结果不会造成影响，因此，返回的①和⑧光信号继续传播从环形器3进入探测器9，经数据采集电路10与上位机11，实现信号的解调与处理，最终实现待测Y波导5的半波电压、波形斜度与分光比等参数的测试。

本实施例在上述实施例的基础上增加了分光比参数的测量功能，使得测量的参数更多。

实施例3

如图3所示，本实施例与上述实施例的不同在于，本实施例还包括：第一偏振分束器14-1、第二偏振分束器14-2、第二双通道光功率计12-2和双通道消光比测量仪15。

所述第一偏振分束器14-1的第一端口连接所述第一分叉的另一端，所述第一偏振分束器14-1的第二端口连接所述光路变换装置的第一端口，所述第一偏振分束器14-1的第三端口连接所述第二双通道光功率计12-2的第一输入端，所述第一偏振分束器14-1的第四端口连接所述双通道消光比测量仪15的第一输入端；所述第二偏振分束器14-2的第一端口连接所述第二分叉的另一端，所述第二偏振分束器14-2的第二端口连接所述光路变换装置的第二端口；所述第二偏振分束器14-2的第三端口连接所述第二双通道光功率计12-2的第二输入端，所述第二偏振分束器14-2的第四端口连接所述双通道消光比测量仪15的第二输入端。

所述第一偏振分束器14-1和所述第二偏振分束器14-2均为高消光比2×2偏振分束器。

本实施例的测试原理为：基于消偏光路方案，对已有的保偏光路方案进行优化和创新，由于Y波导集成偏振器、分束器和相位调制器的功能，可实现对输入光信号的分束、起偏与调制，经待测Y波导5输出的光信号，经①和⑧进入第一偏振分束器14-1和第二偏振分束器14-2，分别分成③和④，⑤和⑥，其中③和⑥进入双通道消光比测量仪15进行Y波导消光比的检测，④和⑤进入500m单模光纤传感环8相向传播，再次经过两个高消光比2×2偏振分束器14时，④光束分成⑦和⑧，⑤光束分成①和②，其中②和⑦进入双通道光功率计12进行Y波导分光比的检测，返回的①和⑧光信号进入经待测Y波导5进行原路返回，并经由环形器3进入探测器9，进入信号采集电路10与上位机11，实现信号的解调与处理，最终实现待测Y波导5半波电压与波形斜度等参数的测试。此实施例中的两个偏振分束器，具有高消光比、低偏振串音与相同的分光比，可保证经待测Y波导5输出的消光比不被劣化和衰减，经双通道消光比测量仪15测得的消光比可较准确的反映经待测Y波导5后的①和⑧两端的消光比；而第二双通道光功率计12-2测量的②和⑦的光功率也可准确的反映经待测Y波导5后的①和⑧两端的分光，其主要原因在于①和⑧两束光信号进入第二共用光路B，两束光信号光路相同、光纤插损相同，再经由两个偏振分束器进行分光，可精确的测得②和⑦的光功率，即可准确的测得①和⑧两端的分光比；返回的①和⑧光信号与输入的①和⑧光信号相比保持了输入光信号的传播特性，只是光功率的衰减，且由于波导测试仪半波电压与波形斜度测试系统中，光功率的自调节系统的存在，系统光功率的小范围浮动对Y波导半波电压与波形斜度的测量结果不会造成影响。

本实施例可同时测量半波电压、波形斜度、分光比和消光比。

实施例4

如图4所示，本实施例与上述实施例的不同在于，本实施例还包括：PBC-PBS偏振合束器和分束器24和波片25。

所述PBC-PBS偏振合束器和分束器24的第一端与所述第一分叉的另一端熔接，所述PBC-PBS偏振合束器和分束器24的第二端与所述第二分叉的另一端熔接，所述PBC-PBS偏振合束器和分束器24的第三端与所述波片25的一端熔接，待测Y波导5的两输出端与PBC-PBS偏振合束器和分束器24分别在0°熔点28进行0°熔接在90°熔点29进行90°的熔接，所述波片25的另一端与所述光路变换装置连接。

所述光路变换装置可以由低双折射光纤26和光纤反射镜27组成；所述低双折射光纤26的一端与所述波片25的另一端连接，所述光纤反射镜27设置在所述低双折射光纤26的另一端，所述光纤反射镜27用于将从所述低双折射光纤26的一端传入的光反射回所述波片25。

所述波片25可以为λ/4波片，同时与所述低双折射光纤26的一端进行45°熔接。

所述低双折射光纤26为250m低双折射光纤。

本实施例提出了反射式导测试仪，以此来实现抗干扰能力强、成本较低的测试方案，本实施例光信号经待测Y波导5分束、起偏与调制形成偏振光，但是Y波导芯片只工作在一个偏振模式，与PBC-PBS偏振合束器和分束器24分别进行0°熔接和90°的熔接之后可获得两个正交的偏振模式进入PBC-PBS偏振合束器和分束器24，同时将两束正交的线偏振光合成一束，并经过45°熔接的λ/4波片形成圆偏振光进入250m低双折射光纤，当光信号传播到光纤反射镜27处，由于光纤反射镜27的反射作用，光信号将沿原路返回，再次经过45°熔接的λ/4波片，在250m低双折射光纤26传播的圆偏振光光信号将转化为线偏振光，进入PBC-PBS偏振合束器和分束器24将线偏振光分为两束正交的偏振模式传播进入Y波导两输入端，两路光信号原路返回，经由环形器3进入探测器9，进入信号采集电路10与上位机11，实现信号的采集与处理，最终实现待测Y波导5半波电压与波形斜度等参数的测试。

本实施例可实现半波电压参数与波形斜度参数的测量，并且抗干扰能力强、成本较低。

实施例5

如图5所示，Y波导参数测量系统，包括：第一多通道光开关22、第二多通道光开关23、光路变换装置、上位机11和多个光路传输电路；所述光路传输电路包括：光源1、可调光衰减器2、环形器3和光探测器9。

所述光路传输电路的第一输出端与所述上位机11连接，所述光路传输电路的第二输出端与待测Y波导5的主干的一端连接，所述主干的另一端分别与所述待测Y波导5的第一分叉的一端和第二分叉的一端连接；所述第一分叉的另一端连接所述第一多通道光开关22的第一端口连接，所述第一多通道光开关22的第二端口与所述光路变换装置的第一端口连接；所述第二分叉的另一端连接所述第二多通道光开关23的第一端口连接；所述第二多通道光开关23的第二端口与所述光路变换装置的第二端口连接。

所述光源1的输出端连接所述可调光衰减器2的输入端，所述可调光衰减器2的输出端连接所述环形器3的第一端口；所述环形器3的第二端口连接所述主干的一端；所述环形器3的第三端口连接所述光探测器9的输入端；所述光探测器9的输出端通过数据采集电路10连接所述上位机11。

所述可调光衰减器2用于对所述光源1输入的光的功率进行调节，得到光功率调节光；所述环形器3用于将所述光功率调节光传输至所述待测Y波导5；所述待测Y波导5用于将所述光功率调节光分为第一光束和第二光束；所述第一多通道开关用于将所述第一光束传输至所述光路变换装置；所述第二多通道开关用于将所述第二光束传输至所述光路变换装置；所述光路变换装置用于改变所述第一光束和所述第二光束的传播方向；所述第一多通道开关和所述第二多通道开关还用于将光路改变后的第一光束和光路改变后的第二光束传输至所述待测Y波导5；所述待测Y波导5还用于将所述改变后的第一光束和所述光路改变后的第二光束形成一束合束光束；所述环形器3还用于将所述合束光束传输至所述光探测器9；所述光探测器9用于将探测到的所述合束光束发送至所述数据采集电路10，所述数据采集电路10将所述合束光束转换为电信号后发送至所述上位机11；所述上位机11用于根据所述电信号得到所述待测Y波导5的半波电压参数和波形斜度参数。

所述单模光纤传感环8可以为500m单模光纤传感环。

作为一种可选的实施方式，所述Y波导参数测量系统中的所述光路传输装置还包括：第一消偏器4、第二消偏器6和第三消偏器7。

所述第一消偏器4的第一端口与所述环形器3的第二端口连接；所述第一消偏器4的第二端口与所述主干的一端连接；所述第二消偏器6的第一端口与所述第一分叉的另一端连接；所述第二消偏器6的第二端口与所述第一多通道光开关22的第一端口连接；所述第三消偏器7的第一端口与所述第二分叉的另一端连接；所述第三消偏器7的第二端口与所述第二多通道光开关23的第一端口连接。

本实施例提出的多通道波导测试参数测量系统，实现测量过程的快速高效，多通道波导测试仪共用一套光纤传感环、信号采集电路与上位机11系统，而各个通道的光源1、可调光衰减器2、环形器3、第一消偏器4、第二消偏器6、第三消偏器7与光探测器9则是相互独立，多通道波导测试仪将各个待测Y波导5的两输出端经消偏器去相关处理后，分别与第一多通道光开关22和第二多通道光开关23连接，其多通道光开关的两输出分别与单模光纤传感环8的两端熔接，由于多通道光开关切换的功能，各通道的光可依次进入共用单模传感环24进行相向传播，并再次经过多通道光开关返回各自输入通道，光信号原路返回，并经由各通道环形器3进入探测器9，进入数据采集电路10与上位机11，实现信号的解调与处理，最终实现各通道待测Y波导5半波电压与波形斜度等参数的测试。

本实施例的测量系统在传统的光学干涉仪环结构加入消偏器形成消偏光路，串入环形器3实现分束和隔离的功能，减小返回光信号对光源1的影响，串入可调光衰减器2实现系统的光功率自调节，同时，结合频率跟踪与温补系统实现光路光功率的稳定性，并增强其抗干扰能力，减小测量过程中由外界环境因素引起的光功率跳变、中心波长漂移、频率变化造成的测量误差，以提高测量结果的准确性、稳定性和可靠性，而且利用多通道光开关实现了可以同时测量多个待测Y波导。

实施例6

如图6所示，本实施例提供了一种Y波导参数测量方法：

S1：测试系统渡越时间τ。

S2：输出波形自诊断。

判断光探测器探测到的光信号的波形是否异常。

S3：若异常，则停止测试，上位机软件给出“异常”告警。

S4：若正常，生成4τ周期的锯齿波，进入S5。

S5：调节所述锯齿波的幅值，使τ时间段内的输出电压稳定点与3τ时间段内的输出电压稳定点对齐，即使τ时间段内的光信号与3τ时间段内的光信号达到动态稳定。

S6：计算出此时的半波电压，测量3τ时间段内的所述锯齿波幅值v2，并进行数据缓存，进入S10。

S7：根据所述半波电压生成方波信号。

S8：测量此时所述方波信号的幅值v1，所述方波信号的幅值为所述半波电压的一半，周期为4τ。

S9：根据v1和v2计算波形斜度，并进行数据缓存，进入S10。

S10：数据优化，进入S11。

S11：显示与存储。

本实施例通过将光探测器探测到的光信号的波形调节成锯齿波，并计算半波电压、3τ时间段内的锯齿波幅值v2和方波信号的幅值v1可以实现半波电压与波形斜度的同时测量。

本发明所采用的技术方案是一种基于消偏光路方案的波导测试仪。图7为本发明Y波导参数测量仪及测量系统的组成示意图，如图7所示，本发明主要包括电源模块Ⅰ、光电组件驱动电路Ⅱ、测试光路Ⅲ、测试平台Ⅳ、上位机Ⅴ和自动测试软件Ⅵ。电源模块Ⅰ为测试系统供电，光源控制电路Ⅱ实现对光源驱动电流的恒流控制和工作温度的恒温控制，测试光路Ⅲ与待测器件熔接形成光学干涉仪，测试平台Ⅳ实现对光路中探测器输出电压的原始采集，同时对待测器件施加调制信号，并经由上位机系统Ⅴ与自动测试软件模块Ⅵ实现待测Y波导器件的一键式全自动测量。

基于消偏光路的Y波导测试仪，将Y波导接入连接端口，开启设备，并在上位机系统中点击启动按键，上位机系统发出指令，控制和信号采集电路完成信号的调制、判定和采集，传输到自动测试软件进一步完成数据处理过程，并将待测Y波导的渡越时间、半波电压、波形斜度等参数一并输出，完成波导测试的全自动测试过程，测试过程方便简洁且易操作。

本发明有以下创新点：

创新点1：该测量仪在传统的光学干涉仪结构中，结合消偏光路，可有效抑制偏振误差，且与已有的保偏光路测试方案相比，本方案在测试过程中不涉及多次使用后需要对原有光路尾纤做延长处理的问题，测试过程便捷，操作步骤简单。

创新点2：在消偏光路中串入可调光衰减器实现光功率自调节，稳定光路光功率、稳定中心波长，防止光源中心波长发生漂移引起测量误差。

创新点3：在消偏光路中串入环形器，隔离由于传输过程中返回的光对光源中心波长的影响。

创新点4：在上位机系统中加入频率跟踪与温补功能，实现各参量的实时监测与校准，进一步增强光路的稳定性与抗干扰能力，提高测量结果的准确性。

创新点5：在波导测试仪实现现有测量半波电压功能的基础上，增加测量波形斜度与分光比功能，实现波导测试仪的多功能、高效率、低成本等一键式全自动测量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种Y波导参数测量仪，其特征在于，包括：光源、可调光衰减器、环形器、光探测器、光路变换装置和上位机；

所述光源的输出端连接所述可调光衰减器的输入端，所述可调光衰减器的输出端连接所述环形器的第一端口；所述环形器的第二端口连接待测Y波导的主干的一端；所述主干的另一端分别与所述待测Y波导的第一分叉的一端和所述待测Y波导的第二分叉的一端连接；所述第一分叉的另一端连接所述光路变换装置的第一端口；所述第二分叉的另一端连接所述光路变换装置的第二端口；所述环形器的第三端口连接所述光探测器的输入端；所述光探测器的输出端连接所述上位机；

所述可调光衰减器用于对所述光源输入的光的功率进行调节，得到光功率调节光；所述环形器用于将所述光功率调节光传输至所述待测Y波导；所述待测Y波导用于将所述光功率调节光分为第一光束和第二光束；所述光路变换装置用于改变所述第一光束和所述第二光束的传播方向；所述待测Y波导还用于接收光路改变后的第一光束和光路改变后的第二光束，并形成一束合束光束；所述环形器还用于将所述合束光束传输至所述光探测器；所述光探测器用于将探测到的所述合束光束发送至所述上位机；

还包括：第一消偏器、第二消偏器和第三消偏器；所述第一消偏器的第一端口与所述环形器的第二端口连接；所述第一消偏器的第二端口与所述主干的一端连接；所述第二消偏器的第一端口与所述第一分叉的另一端连接；所述第二消偏器的第二端口与所述光路变换装置的第一端口连接；所述第三消偏器的第一端口与所述第二分叉的另一端连接；所述第三消偏器的第二端口与所述光路变换装置的第二端口连接；所述光路变换装置为单模光纤传感环；

或者还包括：第一双通道光功率计、第一耦合器和第二耦合器，所述第一耦合器和所述第二耦合器的分光比相同；

所述第一分叉的另一端连接所述第一耦合器的第一端口，所述第一耦合器的第二端口连接所述光路变换装置的第一端口；所述第一耦合器的第三端口连接所述第一双通道光功率计的第一输入端；所述第二分叉的另一端连接所述第二耦合器的第一端口，所述第二耦合器的第二端口连接所述光路变换装置的第二端口；所述第二耦合器的第三端口连接所述第一双通道光功率计的第二输入端；所述光路变换装置为单模光纤传感环；

或者还包括：第一偏振分束器、第二偏振分束器、第二双通道光功率计和双通道消光比测量仪；

所述第一偏振分束器的第一端口连接所述第一分叉的另一端，所述第一偏振分束器的第二端口连接所述光路变换装置的第一端口，所述第一偏振分束器的第三端口连接所述第二双通道光功率计的第一输入端，所述第一偏振分束器的第四端口连接所述双通道消光比测量仪的第一输入端；所述第二偏振分束器的第一端口连接所述第二分叉的另一端，所述第二偏振分束器的第二端口连接所述光路变换装置的第二端口；所述第二偏振分束器的第三端口连接所述第二双通道光功率计的第二输入端，所述第二偏振分束器的第四端口连接所述双通道消光比测量仪的第二输入端；所述光路变换装置为单模光纤传感环；

或者还包括：PBC-PBS偏振合束器和分束器和波片；

所述PBC-PBS偏振合束器和分束器的第一端与所述第一分叉的另一端熔接，所述PBC-PBS偏振合束器和分束器的第二端与所述第二分叉的另一端熔接，所述PBC-PBS偏振合束器和分束器的第三端与所述波片的一端熔接，所述波片的另一端与所述光路变换装置连接；所述光路变换装置由低双折射光纤和光纤反射镜组成；所述低双折射光纤的一端与所述波片的另一端连接，所述光纤反射镜设置在所述低双折射光纤的另一端，所述光纤反射镜用于将从所述低双折射光纤的一端传入的光反射回所述波片。

2.一种Y波导参数测量系统，其特征在于，包括：第一多通道光开关、第二多通道光开关、光路变换装置、上位机和多个光路传输电路；所述光路传输电路包括：光源、可调光衰减器、环形器和光探测器；

所述光路传输电路的第一输出端与所述上位机连接，所述光路传输电路的第二输出端与待测Y波导的主干的一端连接，所述主干的另一端分别与所述待测Y波导的第一分叉的一端和第二分叉的一端连接；所述第一分叉的另一端连接所述第一多通道光开关的第一端口连接，所述第一多通道光开关的第二端口与所述光路变换装置的第一端口连接；所述第二分叉的另一端连接所述第二多通道光开关的第一端口连接；所述第二多通道光开关的第二端口与所述光路变换装置的第二端口连接；

所述光源的输出端连接所述可调光衰减器的输入端，所述可调光衰减器的输出端连接所述环形器的第一端口；所述环形器的第二端口连接所述主干的一端；所述环形器的第三端口连接所述光探测器的输入端；所述光探测器的输出端连接所述上位机；

所述可调光衰减器用于对所述光源输入的光的功率进行调节，得到光功率调节光；所述环形器用于将所述光功率调节光传输至所述待测Y波导；所述待测Y波导用于将所述光功率调节光分为第一光束和第二光束；所述第一多通道光开关用于将所述第一光束传输至所述光路变换装置；所述第二多通道光开关用于将所述第二光束传输至所述光路变换装置；所述光路变换装置用于改变所述第一光束和所述第二光束的传播方向；所述第一多通道光开关和所述第二多通道光开关还用于将光路改变后的第一光束和光路改变后的第二光束传输至所述待测Y波导；所述待测Y波导还用于将所述改变后的第一光束和所述光路改变后的第二光束形成一束合束光束；所述环形器还用于将所述合束光束传输至所述光探测器；所述光探测器用于将探测到的所述合束光束发送至所述上位机；

所述光路传输电路还包括：第一消偏器、第二消偏器和第三消偏器；

所述第一消偏器的第一端口与所述环形器的第二端口连接；所述第一消偏器的第二端口与所述主干的一端连接；所述第二消偏器的第一端口与所述第一分叉的另一端连接；所述第二消偏器的第二端口与所述第一多通道光开关的第一端口连接；所述第三消偏器的第一端口与所述第二分叉的另一端连接；所述第三消偏器的第二端口与所述第二多通道光开关的第一端口连接。

3.一种Y波导参数测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的Y波导参数测量仪；

根据光探测器探测到的光信号形成4τ周期的锯齿波，其中，τ为Y波导参数测量仪的渡越时间；

调节所述锯齿波的幅值，使得τ时间段内的光信号与3τ时间段内的光信号达到动态稳定，得到调节后的锯齿波幅值，并根据所述调节后的锯齿波幅值得到半波电压；

测量3τ时间段内的调节后的锯齿波幅值；

根据所述半波电压生成方波信号；

测量所述方波信号的幅值，所述方波信号的幅值为所述半波电压的一半，周期为4τ；

根据所述方波信号的幅值和所述3τ时间段内的调节后的锯齿波幅值计算波形斜度。