[go: up one dir, main page]

TWI444680B - 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器 - Google Patents

自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器 Download PDF

Info

Publication number
TWI444680B
TWI444680B TW100106780A TW100106780A TWI444680B TW I444680 B TWI444680 B TW I444680B TW 100106780 A TW100106780 A TW 100106780A TW 100106780 A TW100106780 A TW 100106780A TW I444680 B TWI444680 B TW I444680B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
optical
light
equivalent
compensation
fiber
Prior art date
Application number
TW100106780A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201300858A (zh
Inventor
Yu Lung Lo
Ren Young Liu
Chih Chung Yen
Yi Fan Chung
Original Assignee
Nat Applied Res Laboratories
Univ Nat Cheng Kung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Applied Res Laboratories, Univ Nat Cheng Kung filed Critical Nat Applied Res Laboratories
Priority to TW100106780A priority Critical patent/TWI444680B/zh
Publication of TW201300858A publication Critical patent/TW201300858A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI444680B publication Critical patent/TWI444680B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2793—Controlling polarisation dependent loss, e.g. polarisation insensitivity, reducing the change in polarisation degree of the output light even if the input polarisation state fluctuates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器
本發明係關於一種光纖或光纖元件的補償技術，尤其是指補償光纖感測器(如光纖陀螺儀)中的光纖或光纖元件如光纖環等。此補償技術除使得每個光纖或光纖元件的特性如自由空間(Free Space)一般外，亦可大幅加快光纖感測器的光路優化演算速度。
在我們的日常生活中，光纖技術所扮演的角色愈來愈重要。而當其應用在陸海空的導航、定向與平台穩定等技術領域時，光纖元件的靈敏性、穩定性與複製性將愈形重要。由於光纖元件(比如，光纖環)的製作過程所導致光纖的各種光學特性改變與損耗，將使得光纖元件的功效降低。
在習知技術中，為解決此類因光學特性改變或損耗而使光纖元件功效降低的問題，採用幾種不同的策略(US 2003/0007751A1、US 2005/0226563A1)。以使用保偏光纖為例，保偏光纖可保持光的偏振態，但成本需求高；其次以保偏光纖繞製光纖環為例，則需維持光纖之極化銷光比(Polarization Extinction Ratio)，此項參數在保偏光纖環繞製過程中較不易維持，以致增加繞製之成本與難度。另光纖環本身容易受到光纖本身品質、繞製時產生的應力與應變、及填充膠料的影響而品質不一。每個光纖環可能產出不同程度的光特性變化如線性雙折射，線性雙衰減和旋性雙折射的特性或其組合。
長久以來高品質光纖環的繞製為一高技術門檻的工藝，需有特殊光纖及自動化張力控制繞製機的組合，加上有經驗的技工操作下才能將品質控制在某一範圍，也因此生產成本高。若光纖本身品質不一(來自不同生產日期或不同工廠)，光纖環的繞製控制則需要耗時試驗重新調整，以控制光纖環品質在最佳範圍內。如不調整製程，則被迫將繞製產出的光纖環依測試結果分列等級，如此一來高品質光纖環的良率則會大幅下降。
有鑑於此，申請人經過悉心試驗與研究，並以跳脫傳統智慧的方法，終於發明出本案「自由空間等效單模光纖環應用於光纖感測器」，其構想並實施一應用自由空間等效單模光纖之光纖感測器，以量測光纖等效光路，並加以補償的方式，使得補償後的光纖等效光路為一單位矩陣，如同在自由空間傳導一般。此項創新不僅大幅提升光纖的複製性，亦可大幅加快使用光纖及光纖元件的光纖感測器的光路優化模擬演算速度。如此快速的模擬演算速度和幾乎使光纖或光纖元件傳導的特性如同在自由空間一般的設計不但前所未有，且在公開的文獻中也無先例。以下為本案之簡要說明。
在現有技術中，已提出將光學物件的等效光路參數組經由繆勒-史托克矩陣偏光儀量測而被導引出的方案(Measurement of linear birefringence and diattenuation properties of optical samples using polarimeter and Stokes parameters,Optics Express,Vol.17,Issue 18,pp.15860-15884)。請參閱第一圖，係為此現有技術的實驗架構。雷射100提供一具有偏極態的入射光，經過一個1/4玻片(quarter-wave plate)101，偏振片(polarizer)102，藉以產生線性偏振光(0°、45°、90°、135°)及圓偏振光(左旋與右旋)共六種偏振光)，進入樣本光纖103後輸出，將輸出光的六種偏振態以繆勒-史托克矩陣偏光儀104量測後反演，可解出樣本光纖103的五個等效光學參數，即主軸角度(α)、相位延遲(β)、雙向衰減角度(θ d )、雙向衰減(D )、以及旋光角(γ)，用以代表通過樣本光纖103的偏振光特性。此五個參數組α，β，θ d ，D ，γ的動態量測範圍為0°~180°，0°~180°，0°~180°，0~1以及0°~180°。
光線的偏極態可以用stokes向量來表示，stokes向量分為四個部分 其中S0 代表光的總強度，S1 代表水平與垂直偏極態光組成的差異，S2 代表45°與-45°偏極態光組成的差異，S3 代表右旋與左旋偏極態光組成的差異。而繆勒-史托克偏光儀可以量測到光的偏極態(即四個Stokes參數)。
而任何可以改變光的偏極態的光學元件均可以用4x4的繆勒矩陣來表示。根據繆勒的模擬架構(如第一圖)，入射光的偏極態()經過一個光學元件(M)後，輸出光的偏振態(S )情形可以用下列式子來表示 繆勒矩陣M 可表示為 光學元件的瓊斯矩陣表示為式(1.4) 此光學元件所代表的繆勒矩陣可由瓊斯矩陣經下列公式轉換而得： 其中 其中2x2矩陣U之間的矩陣乘法定義為 在本研究裡，假設光纖同時具有線性雙折射，線性雙衰減和旋性雙折射的特性。
首先考慮光纖線性雙折射特性，主軸(慢軸)角度α及相位延遲β的線性雙折射材料的瓊斯矩陣可表為式(1.8)： 因此線性雙折射材料的繆勒-史托克矩陣可表為(1.9)式：
其次考慮光纖線性雙衰減特性，線性雙衰減材料的衰減主軸θ d 及穿透率u 和v 的與瓊斯矩陣可表為式(1.10)： 因而線性雙衰減材料的繆勒-史托克矩陣可表為(1.11)式：
定義雙向衰減D為
而 其中e 為v/u ，而式(1.10)和(1.11)可表示為 與式(1.15)： 最後考慮光纖旋性雙折射特性，旋性雙折射材料有旋光角γ的瓊斯矩陣可表為 因此旋性雙折射材料的繆勒-史托克矩陣可表為
依上述這篇論文的論述，單模光纖與光纖元件如光纖環的等效光路參數組可以經由繆勒-史托克矩陣偏光儀量測而以此繆勒-史托克矩陣表示。
本發明據以提出以量測光纖或光纖元件如光纖環等的等效光路，並加以補償的方式，使得每個光纖或光纖元件的特性如在自由空間傳導一般，以提昇光纖的複製性與穩定性。理論計算由繆勒-史托克矩陣偏光儀所得出的結果進行分析，再計算出光纖或光纖元件轉成單位矩陣所需的補償。
本發明所提出之光纖感測器，由一光源、一光學元件組、一光纖或光纖元件、與一光檢測器彼此光學地連接所組成，並以一補償方式補償通過該光纖或光纖元件的該光偏極態。較佳的，該光纖補償方式可加元件如可變延遲器(Variable Retarder)和半玻片(Half-wave Plate)等；而前述所加的可變延遲器和半玻片或可由極化控制器(Polarization Controller)取代。較佳的，該光纖補償亦可不加元件如在光纖或光纖元件末端扭轉部份光纖製造等效的補償效應，或其它方式使得補償後的光纖或光纖元件等效光路為一單位矩陣，如同在自由空間傳導一般。當光源耦合進入光纖或光纖元件時，由所計算出的光纖或光纖元件 轉成單位矩陣所需的補償，其可幾乎回復因環境與製程所造成的光學特性改變。相對於傳統的光纖補償方法，本發明利用外加一光學元件或不外加一光學元件，使輸入光之偏振態不改變來實施，並且其光路模擬優化演算速度因補償後的自由空間傳播為一單位矩陣而大幅提升。如此快速的光路優化模擬演算速度和幾乎完全回復光學特性(光功率損耗除外)之補償，使得本發明裝置極適合於使用光纖及光纖元件的光纖感測器(如光纖陀螺儀)上，其應用包括導航、定向、與平台穩定等等。
根據本發明之一構想，提出一光學路徑，用以供一光傳播；以及一光學補償模組，置於該光學路徑之中並透過一矩陣轉換補償方法以補償該光通過該光學路徑所造成的一光學特性變化。
根據本發明之一構想，提出一種光學補償方法，其包括下列步驟：(a)提供一輸入光，其具一已知偏振態；(b)使該輸入光通過一光學路徑而形成一輸出光；(c)量測該輸出光之一偏振態；(d)利用該輸出光之該偏振態與該輸入光之該已知偏振態，得到該光學路徑之一等效光學參數組；(e)解析該等效光學參數組以得知該輸出光所需之一光偏振態補償；以及(f)對該輸入光與該輸出光兩者之一進行該補償。
根據本發明之一構想，提出一種光學驗證系統，係驗證一光學系統之一等效自由空間補償，包括：一光學路徑，經補償後具一等效自由空間之光學特性，用以接收一光，並輸出該光；一樣本光學元件，具一組已知光學參數，耦合至該光學路徑；以及一偏光儀，用以量測該輸出光之一光學參數，以供與該已知光學參數比較，並據以驗證該光學路徑是否具 該等效自由空間補償。
根據本發明之一構想，提出一種光學驗證方法，係驗證一光學系統之一等效自由空間補償，其包括：(a)使一第一輸入光通過一光學補償模組以形成一第一輸出光；(b)以一偏光儀量測該第一輸出光的一第一光學參數組；(c)使一第二輸入光通過該光學補償模組以形成一第二輸出光；(d)使該第二輸出光進入一樣本光學元件，並以該偏光儀量測該第二輸出光的一第二光學參數組，其中該樣本光學元件之一光學參數為一已知實際值；(e)以該第一光學參數組與該第二光學參數組計算出該樣本光學元件之該光學參數的一計算值；以及(f)比較該樣本光學元件之該計算值與該實際值，以驗證該光學系統是否具該等效自由空間補償。
即，簡言之，本發明係揭露一種以量測光纖及光纖元件等效光路，並加以補償的方式，使得補償後的光纖或光纖元件等效光路為如同自由空間一般。尤其是指以理論計算由繆勒矩陣偏光儀所得出的結果進行分析，再計算出光纖或光纖元件如光纖環的等效瓊斯矩陣與轉成單位矩陣所需的補償。此光學特性的回復係由於一補償方式的作用，其中該補償方式可為外加光學元件或不加光學元件所實施。且更提出一種驗證方式，驗證補償後的光纖或光纖元件的等效光路。
本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施型態。
請參閱第二圖(a)，係為本案之第一較佳實施例，其係補償光纖203成為自由空間單位矩陣206之方法示意圖，其中一相位可變延遲器204與半玻片205透過光纖耦合裝置(fiber coupling device)202光學地連接至一光纖203，用以補償該光纖203的等效光路成為自由空間單位矩陣206，其中相位可變延遲器204依主軸角度來補償光纖203的線性雙折射，半玻片205來補償光纖203的旋性雙折射。圖中的偏振片209與1/4玻片210，用來產生偏振光，中性濾光鏡208及功率計207是用來調校使每次輸入光的強度一致，最後經由繆勒-史托克矩陣偏光儀201量測其偏振態是否與輸入光一致。
為量測光纖203的五個等效參數，使用一長3.5公尺的單模光纖(630HP,Thorlabs Co.)為樣本。單模光纖被纏繞在一直徑為5公分的圓柱，共纏繞22圈，並使用波長為632.8奈米的氦氖雷射單頻光源200。由偏振片209和1/4玻片210不同主軸角度的組合，可以製造出線性偏振光(0°,45°,90°,135°)及圓偏振光(左旋與右旋)。分別由繆勒-史托克矩陣偏光儀201量測出不同偏極態的光經過光纖203後所得到的Stokes參數。利用下列方法反演計算單模光纖環的五個等效參數：分別令四個線性偏振光為=[1,1,0,0]、=[1,0,1,0]、=[1,-1,0,0]和=[1,0,-1,0]，以及兩種圓偏振光=[1,0,0,1]和=[1,0,0,-1]。而S0 代表光的總強度，S1 代表水平與垂直偏極態光組成的差異，S2 代表45°與-45°偏極態光組成的差異，S3 代表右旋與左旋偏極態光組成的差異，如式(1.1)所示。樣本光纖的2α+2γ這個項可以由下列公式得到 線性雙折射的相位延遲也可由下列公式求得 線性雙衰減的主軸也可依下列公式求得 線性雙衰減的雙向衰減可被求得 而主軸角度2α可表示為式(2.23)： 其中 最後，2γ由式(2.19)可表示為 可解出單模光纖的五個等效參數，α 、β 、θ d 、D 和γ分別為173.22°、82.37°、7.71°、-85.03°、0.21。
請參閱第二圖(b)，係為本發明所提出之驗證方法的實施例，其中我們用以上解出的五個等效光學參數，加上一個待測的線性雙折射材料，來驗證所求得的五個光纖光學參數是否正確。此線性雙折射材料為一1/4玻片211。1/4玻片211的入射光主軸角度(0,30,60,90,120,150與180度)及本身相位延遲量(90度)為已知，如果求得的五個光纖光學參數是正確的，我們可以使用以上方法解出1/4玻片211的光學參數做為比對。請參閱第二圖(c)，係為已知的主軸角度對測得的主軸角度作圖，右邊垂直軸為相位延遲量。結果顯示1/4玻片211的兩個光學參數與已知調整之參數比較相當一致，測得的主軸角度與相位延遲量的平均誤差分別為αS =1.42°和βS =4.03°。
根據本實施例，可得知光在補償成自由空間單位矩陣的光纖中傳播，就如同在空氣中傳播般偏振態不會改變。此外，第一較佳實施例包括但不限定為五個等效光學參數，任何數目的等效光學參數足以代表該光學路徑者亦可實施於本發明中。
請參閱第三圖(a)，係為本案之第二較佳實施例示意圖，其係補償光纖陀螺儀之光纖環306成為自由空間單位矩陣307之架構示意圖，其中包含光源300、光檢測器301、光纖耦合器302、積光元件303產生偏振光、分光及光相位調制三種功能並與光纖環306彼此光學地連接，並在光纖環306出口端外加一相位可變延遲器304來補償光纖環306的線性雙折射，與一 半玻片305來補償光纖環306的旋性雙折射。較佳的，相位可變延遲器304與半玻片305更可由一極化控制器(Polarization Controller)取代，並且其配置位置不限於光纖環306出口端而可任意配置於光纖環306與積光元件303之中間光路上，只需造成自由空間等效補償即可。根據本實施例，光在補償成自由空間單位矩陣的光纖中傳播，就如同在空氣中傳播般偏振態不會改變。此外，第二較佳實施例中用以補償光纖環306的光學元件包括但不限定為相位可變延遲器304與半玻片305之組合以及一極化控制器，任何光學元件之組合能達到補償光纖之功能者亦可實施於本發明中。
請參閱第三圖(b)，為本案之第三較佳實施例示意圖，其係補償光纖陀螺儀之光纖環306成為自由空間單位矩陣307之架構示意圖，其中包含光源300、光檢測器301、2x2光纖耦合器302、積光元件303用來產生偏振光、分光及光相位調制三種功能並與光纖環304彼此光學地連接，並在光纖環306末端扭轉部份光纖308製造等效的補償效應，以補償該光纖306的等效光路成為自由空間單位矩陣307。較佳的，此光纖扭轉部份不限於光纖環306末端，可於任意光纖光路上，介於光纖環306與積光元件303之中間，並且此不外加光學元件之補償亦不限於扭轉光纖，只需能造成自由空間等效補償之方式皆可據以實施。根據本實施例，光在補償成自由空間單位矩陣的光纖中傳播，就如同在空氣中傳播般偏振態不會改變。
總結而言，本案所提出之光學系統(如光纖陀螺儀等)可藉由外加光學元件或不外加光學元件的補償方式而實施，達成自由空間等效補償。另，本發明亦提出一驗證光纖及光纖元件之 自由空間等效補償的方法，證明光在補償成自由空間單位矩陣的真空中傳播，其輸入與輸出偏振態不會改變。因此，本案所提之補償方式，尤其適合於光纖感測器的光纖元件應用，比如光纖陀螺儀的光纖環，經補償後，可提升該元件製作的複製性與穩定性。
實施例
1.一光學路徑，用以供一光傳播；以及一光學補償模組，置於該光學路徑之中並透過一矩陣轉換補償方法以補償該光通過該光學路徑所造成的一光學特性變化。
2.如第1實施例所述的光學系統，其中該矩陣轉換補償方法，係將該光學路徑之光學參數所形成之代表該光學路徑之等效光學路徑矩陣轉換成一單位矩陣所需的光學補償，使得該光傳播於該光學路徑與該光學補償模組就如同傳播於自由空間一般。
3.如第1實施例所述的光學系統，其中該等效光學路徑包括：(a)三個等效光學參數，係主軸角度(α)、相位延遲(β)、以及旋光角(γ)；(b)五個等效光學參數，係主軸角度(α)、相位延遲(β)、雙向衰減角度(θd )、雙向衰減(D)、以及旋光角(γ)；以及(c)任何數目的等效光學參數足以代表該光學路徑者。
4.如第2實施例所述的光學系統，其中該單位矩陣代表一自由空間。
5.如第1實施例所述的光學系統，其中該光學特性包括該光之一偏振態，且該光學路徑更包括至少一光源、及一光纖或一光纖元件。
6.如第1實施例所述的光學系統，其中該光學補償模組可為外 加光學元件或不加光學元件而在原光學路徑內實施。
7.如第1實施例所述的光學系統，其中該光學補償模組為以下三種狀態其中之一：(a)該光學補償模組包括一可變延遲器和一半玻片；(b)該光學補償模組包括一極化控制器；以及(c)該光學補償模組包括任何光學元件之組合而能達到(a)或(b)之同等功能者。
8.如第1實施例所述的光學補償模組，其更包括軸向旋轉該光學路徑作為該光學補償模組。
9.如第1實施例所述的光學補償模組，其更包括外加一光機反應於該光學路徑作為該光學補償模組，且該光機反應係為一外加動靜態應力之光學特性反應。
10.如第1實施例所述的光學補償模組，其更包括外加一光電反應於該光學路徑作為該光學補償模組，且該光電反應係為一外加動靜態電場之光學特性反應。
11.一種光學補償方法，包括下列步驟：(a)提供一輸入光，其具一已知偏振態；(b)使該輸入光通過一光學路徑而形成一輸出光；(c)量測該輸出光之一偏振態；(d)利用該輸出光之該偏振態與該輸入光之該已知偏振態，得到該光學路徑之一等效光學參數組；(e)解析該等效光學參數組以得知該輸出光所需之一光偏振態補償；以及(f)對該輸入光與該輸出光兩者之一進行該補償。
12.如第11實施例所述的光學補償方法，其中以該等效光學參數組建構一繆勒-史托克矩陣，且該繆勒-史托克矩陣係以一瓊斯矩陣(Jones Matrix)轉換形成。
13.如第11實施例所述的光學補償方法，其中該補償為透過一 光學補償模組，使該輸入光之該偏振態維持與該輸出光相同來實施。
14.一種光學驗證系統，係驗證一光學系統之一等效自由空間補償，包括：一光學路徑，經補償後具一等效自由空間之光學特性，用以接收一光，並輸出該光；一樣本光學元件，具一已知光學參數，耦合至該光學路徑；以及一偏光儀，用以量測該輸出光之一光學參數，以供與該已知光學參數比較，並據以驗證該光學路徑是否具該等效自由空間補償。
15.如第14實施例所述的光學驗證系統，其中該樣本光學元件係為一改變光之一偏振態的一光學元件，以及該偏光儀係為一繆勒-史托克矩陣偏光儀。
16.一種光學驗證方法，係驗證一光學系統之一等效自由空間補償，其包括：(a)使一第一輸入光通過一光學補償模組以形成一第一輸出光；(b)以一偏光儀量測該第一輸出光的一第一光學參數組；(c)使一第二輸入光通過該光學補償模組以形成一第二輸出光；(d)使該第二輸出光進入一樣本光學元件，並以該偏光儀量測該第二輸出光的一第二光學參數組，其中該樣本光學元件之一光學參數為一已知實際值；(e)以該第一光學參數組與該第二光學參數組計算出該樣本光學元件之該光學參數的一計算值；以及(f)比較該樣本光學元件之該計算值與該實際值，以驗證該光學系統是否具該等效自由空間補償。
17.如第16實施例所述的光學驗證方法，其中該其中該樣本光學元件係為一改變光之一偏振態的一光學元件，以及該偏光儀係為一繆勒-史托克矩陣偏光儀。
18.如第16實施例所述的光學驗證方法，其中該補償方式為透 過該光學補償模組，使該第二輸入光之一偏振態不改變來實施。
根據以上所述，本案實為一兼具工業應用性、新穎性並在工業技術發展上極具價值的發明。惟以上所述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
100、200、300‧‧‧光源
101、210、211‧‧‧1/4玻片
102、209‧‧‧偏振片
104、201‧‧‧繆勒-史托克矩陣偏光儀
204、304‧‧‧相位可變延遲器
205、305‧‧‧半玻片
206、307‧‧‧自由空間矩陣
103‧‧‧樣本光纖
202‧‧‧光纖耦合裝置
203‧‧‧光纖
207‧‧‧功率計
208‧‧‧中性濾光鏡
301‧‧‧光檢測器
302‧‧‧2x2光纖耦合器
303‧‧‧積光元件
306‧‧‧光纖環
308‧‧‧扭轉之光纖端
第一圖 係為現有技術之繆勒-史托克的模擬架構示意圖；第二圖(a) 係為本案之第一較佳實施例示意圖，其係量測光纖參數架構；第二圖(b) 係為本案之驗證方法的實施例；第二圖(c)係為已知的主軸角度對測得的主軸角度作圖，其中1/4玻片的兩個光學參數與已知調整之參數比較相當一致；以及第三圖(a)及(b) 分別係為本案之第二與第三較佳實施例示意圖，其係為一施以補償方式的光纖陀螺儀。
300‧‧‧光源
301‧‧‧光檢測器
302‧‧‧2x2光纖耦合器
303‧‧‧積光元件
304‧‧‧相位可變延遲器
305‧‧‧半玻片
306‧‧‧光纖環
307‧‧‧自由空間矩陣

Claims (16)

  1. 一種光學系統，包括：一光學路徑，用以供一光傳播，其中該光學路徑之光學參數組成一等效矩陣，該等效矩陣可代表該光學路徑的一等效光學路徑，該矩陣轉換補償係令該等效矩陣乘以一補償矩陣後等於一單位矩陣後求解該補償矩陣；其中該等效光學路徑包括：(a)三個等效光學參數，係主軸角度(α)、相位延遲(β)、以及旋光角(γ)；或(b)五個等效光學參數，係主軸角度(α)、相位延遲(β)、雙向衰減角度(θd )、雙向衰減(D)、以及旋光角(γ)；或(c)其它等效光學參數之組合其中包含(a)之三個等效光學參數；其中該單位矩陣代表一自由空間；以及一光學補償模組，置於該光學路徑之中，以該矩陣轉換補償來補償該光通過該光學路徑所造成的光學特性變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該光學特性包括該光之一偏振態。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該光學路徑更包括一頻寬大於或等於5奈米(5nm)光源、一光纖、一光纖環或一光纖元件與其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該光學補償模組為以下兩種狀態其中之一：(a)該光學補償模組包括一可變延遲器和一半玻片；以及(b)該光學補償模組包括一極化控制器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的該光學補償模組，其更包括外加一光機反應於該光學路徑作為該光學補償模組。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的該光機反應，其係為一外加動靜態應力之光學特性反應。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的該光學補償模組，其更包括外加一光電反應於該光學路徑作為該光學補償模組。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的該光電反應，其係為一外加動靜態電場之光學特性反應。
  9. 一種光學補償方法，包括下列步驟：(a)提供一頻寬大於或等於5奈米(5nm)輸入光，其具一已知偏振態；(b)使該輸入光通過一光學路徑而形成一輸出光；(c)量測該輸出光之一偏振態；(d)利用該輸出光之該偏振態與該輸入光之該已知偏振態，得到該光學路徑之一等效光學參數組；(e)解析該等效光學參數組以得知該輸出光所需之一光偏振態補償；以及(f)對該輸入光與該輸出光兩者之一進行該補償。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中以該等效光學參數組建構一繆勒-史托克矩陣，且該繆勒-史托克矩陣係以一瓊斯矩陣(Jones Matrix)轉換形成。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該補償為透過一光學補償模組，使該輸入光之該偏振態維持與該輸出光相同來實施。
  12. 一種光學驗證系統，係驗證一光學系統之一等效自由空間補 償，包括：一光學路徑，經補償後具一等效自由空間之光學特性，用以接收一光，並輸出該光；一樣本光學元件，具一已知光學參數，耦合至該光學路徑；以及一偏光儀，用以量測該輸出光之一光學參數，以供與該已知光學參數比較，並據以驗證該光學路徑是否具該等效自由空間補償。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該樣本光學元件係為一改變光之一偏振態的一光學元件，以及該偏光儀係為一繆勒-史托克矩陣偏光儀。
  14. 一種光學驗證方法，係驗證一光學系統之一等效自由空間補償，其包括：(a)使一第一輸入光通過一光學補償模組以形成一第一輸出光；(b)以一偏光儀量測該第一輸出光的一第一光學參數組；(c)使一第二輸入光通過該光學補償模組以形成一第二輸出光；(d)使該第二輸出光進入一樣本光學元件，並以該偏光儀量測該第二輸出光的一第二光學參數組，其中該樣本光學元件之一光學參數為一已知實際值；(e)以該第一光學參數組與該第二光學參數組計算出該樣本光學元件之該光學參數的一計算值；以及(f)比較該樣本光學元件之該計算值與該實際值，以驗證該光學系統是否具該等效自由空間補償。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中該樣本光學元件係用於改變光之一偏振態的一光學元件。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中該補償方式為透過該光學補償模組，使該第二輸入光之一偏振態不改變來實施。
TW100106780A 2011-01-19 2011-03-01 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器 TWI444680B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100106780A TWI444680B (zh) 2011-01-19 2011-03-01 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100102012 2011-01-19
TW100106780A TWI444680B (zh) 2011-01-19 2011-03-01 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201300858A TW201300858A (zh) 2013-01-01
TWI444680B true TWI444680B (zh) 2014-07-11

Family

ID=46490545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100106780A TWI444680B (zh) 2011-01-19 2011-03-01 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9448116B2 (zh)
CN (1) CN103175553B (zh)
TW (1) TWI444680B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014013640A1 (ja) * 2012-07-17 2014-01-23 日本電気株式会社 偏光分離器、偏光分離構造、光ミキサ、及び偏光分離器の製造方法
TWI512273B (zh) * 2013-01-22 2015-12-11 Univ Nat Kaohsiung Applied Sci 光纖感測器製造方法及其構造
CN103728118B (zh) * 2013-12-30 2016-01-27 浙江大学 一种光纤内扭转检测方法
JP6924645B2 (ja) * 2017-07-31 2021-08-25 日東電工株式会社 偏光フィルムの撮像装置、及び検査装置、並びに検査方法
CN108181095A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 惠州市华星光电技术有限公司 偏光片光学参数的测量方法及测量装置
WO2019169170A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 Sharp Gary D Retarder stack pairs for polarization basis vector transformations
WO2020227240A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-12 Trustees Of Boston University Engineered optical fibers and uses thereof
CN112558332A (zh) * 2020-12-30 2021-03-26 山西大学 一种自动补偿相位装置及其使用方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4043756A (en) * 1976-12-29 1977-08-23 Hycel, Inc. Calibration in an automatic chemical testing apparatus
DE2901388A1 (de) * 1979-01-15 1980-07-24 Max Planck Gesellschaft Verfahren und anordnung zur messung von drehungen mittels des sagnac-effekts
US4372685A (en) * 1979-01-15 1983-02-08 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. Method and arrangement for the measurement of rotations
US4389090A (en) * 1980-09-04 1983-06-21 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jr. Univ. Fiber optic polarization controller
GB2121532A (en) * 1982-05-25 1983-12-21 Standard Telephones Cables Ltd Fibre optic gyroscope
US4729622A (en) * 1983-12-05 1988-03-08 Litton Systems, Inc. Fiber optic polarizer with error signal feedback
EP0581871B2 (en) * 1991-04-29 2009-08-12 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for optical imaging and measurement
US5296913A (en) * 1992-10-08 1994-03-22 Hewlett-Packard Company Polarimeter re-calibration method and apparatus
CA2236521A1 (en) * 1998-02-23 1999-08-23 Normand Cyr Method and apparatus for measuring polarization mode dispersion of optical devices
US6538787B1 (en) * 1999-09-24 2003-03-25 Lucent Technologies Inc. Apparatus and method for polarization mode dispersion emulation and compensation
DE60001353T2 (de) * 2000-11-17 2003-06-26 Agilent Technologies, Inc. (N.D.Ges.D.Staates Delaware) Polarisationsdispersionsmessverfahren für optische Geräte und Vorrichtung dazu
US6993220B2 (en) 2001-06-20 2006-01-31 The Furukawa Electric Co., Ltd. Temperature-compensated optical fiber component
WO2003021822A1 (en) * 2001-08-31 2003-03-13 Fujitsu Limited Polarization mode dispersion compensator based on degree of polarization
US6762829B2 (en) * 2002-02-27 2004-07-13 Exfo Electro-Optical Engineering Inc. Measurement of optical properties of passive optical devices using the matrix method
JP3888942B2 (ja) 2002-07-29 2007-03-07 昭和電線デバイステクノロジー株式会社 光ファイバ部品
US20120012739A1 (en) * 2008-12-30 2012-01-19 Koch Barry J Optical microresonator system
JP2010206289A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Fujitsu Ltd 光信号処理装置及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20120182551A1 (en) 2012-07-19
US20140055786A1 (en) 2014-02-27
CN103175553A (zh) 2013-06-26
CN103175553B (zh) 2016-08-17
US9448116B2 (en) 2016-09-20
TW201300858A (zh) 2013-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI444680B (zh) 自由空間等效單模光纖應用於光纖感測器
CN102954869B (zh) 一种保偏光纤高消光比校准装置及其校准方法
CN102183318B (zh) 双并联高双折射光纤sagnac干涉环多参数传感器
CN108168728A (zh) 非平衡保偏光纤双干涉仪温度应变同时测量装置及方法
US6744509B2 (en) Retardance sweep polarimeter and method
CN107976299B (zh) 考虑光谱色散的弹光调制器延迟量定标分析方法及装置
Chunyang et al. Temperature insensitive refractive index sensor based on single-mode micro-fiber Sagnac loop interferometer
CN110207736A (zh) 基于非对称微纳光纤耦合器的扭转传感器及制备方法
CN102269647B (zh) 基于谐振腔技术测试保偏光纤耦合器偏振消光比的装置及方法
CN103411756B (zh) 一种精确测量波片相位延迟量的方法
CN102183360A (zh) 光学偏振器件偏振消光比的检测方法和检测装置
CN102706494B (zh) 一种基于光纤光栅反射光偏振参量的实时压力传感方法
CN103017687A (zh) 正交偏振光纤光栅矢量扭转传感装置及其检测方法
CN103954435B (zh) 一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法
CN103472556A (zh) 一种复合波片快轴垂直度调节装置及其调节方法
CN110631805B (zh) 一种利用aotf单色光测量宽波段波片性能的装置及方法
CN105928501A (zh) 一种集成光路结构光纤陀螺及其工作方法
CN105698986B (zh) 一种基于光纤光栅斯托克斯参量的动态压力检测系统以及方法
CN104482959A (zh) 一种光纤应变-应力同时测量装置
CN104897368B (zh) 保偏光纤消光比实时测试装置
CN103278310B (zh) 一种光纤1/4波片相位延迟温度特性测量装置及方法
CN203349791U (zh) 一种基于双折射光纤环镜的轴向应变测量系统
CN105954689B (zh) 一种基于安培力的新型微弱磁场传感器及检测方法
CN104215432B (zh) 光源偏振状态动态反馈的相位延迟器特性检测装置及方法
CN111812032A (zh) 一种宽光谱光学材料及元件的应力测量仪