專利名稱:一種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，包括：SLD光源、起偏器、溫循箱、信號發(fā)生器、光電探測器和示波器；SLD光源發(fā)出的光信號進(jìn)入起偏器，起偏器尾纖與被測透光介質(zhì)尾纖以45°對軸熔接，起偏光波經(jīng)過45°熔接后進(jìn)入被測透光介質(zhì)；信號發(fā)生器對被測透光介質(zhì)施加預(yù)定頻率的正弦波信號；光電探測器對由被測透光介質(zhì)傳輸延遲的光信號進(jìn)行探測，并轉(zhuǎn)換成電信號放大后輸出電信號，送達(dá)示波器；示波器獲得光電探測器輸出的電信號值。對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算可獲得被測透光介質(zhì)雙折射率差值。利用本實用新型實施例能夠測試透光介質(zhì)尤其是鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)的雙折射率差值。
【專利說明】
-種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及光電領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)電壓互感器大多是利用電光晶體的線性電光效應(yīng)(Pockels),目前常見的電 壓互感器的結(jié)構(gòu)包括電光傳感晶體，四分之一波片和兩個偏振片，其中四分之一波片引入 V2光偏振，W實現(xiàn)電壓的線性傳感、擴(kuò)大線性測量范圍和提高測量靈敏度等功能。但是，四 分之一波片經(jīng)常會受到環(huán)境溫度、加工精度及附加應(yīng)力等因素的影響，從而影響互感器性 能，此外由波片主軸和傳感頭晶體主軸對準(zhǔn)誤差導(dǎo)致的角度偏差也會影響互感器性能。因 此，為了減少四分之一波片對互感器性能的影響，利用光波導(dǎo)的固有雙折射相移Ob，通過 特定光波導(dǎo)的長度引入V2光偏振W取代四分之一波片。該方法需要測量固有雙折射率差 值B。
[0003] 鐵擴(kuò)散波導(dǎo)的熱穩(wěn)定性優(yōu)于質(zhì)子交換波導(dǎo)，當(dāng)溫度變化IOOK時，電場的測量誤差 僅為2.5%，波導(dǎo)的雙折射相移隨溫度的變化速率約為2.4 X l(T5rad/K?？紤]電壓互感器其 對響應(yīng)速度、精度和溫度穩(wěn)定性的要求，鐵擴(kuò)散妮酸裡波導(dǎo)更適合應(yīng)用于電壓互感器中，如 圖1所示。光延遲技術(shù)的介質(zhì)折射率測量原理是:利用信號處理與控制模塊，載有電信號的 光波經(jīng)發(fā)射模塊注入被測介質(zhì)傳輸，光信號經(jīng)過一定延遲時間t2到達(dá)光接收模塊，完成光 電轉(zhuǎn)換及放大后，信息處理與控制模塊對電信號進(jìn)行處理，獲取發(fā)射光信號和接收光信號 的延遲時間，再結(jié)合已知的被測介質(zhì)長度^和延遲時間ti，獲得附加延遲時間At = ti-t2， 計算得到被測介質(zhì)的折射率為:n2 = (nlLl-cAt)/L2，其中L2為被測介質(zhì)長度。而鐵妮酸裡波 導(dǎo)（Y切Z傳）的雙折射率差值量級為1(T5,兩個模式的延遲時間差的量級粗略估算在1(T6ns，超過光電探測器可W識別的精度，無法區(qū)別TE模式和TM模式折射率的差別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本實用新型提出一種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，利用不 同溫度下光電探測器輸出信號的不同振幅來測出雙折射率差值。
[0005] 本實用新型提供一種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，包括： 超福射發(fā)光二極管化D光源、起偏器、溫循箱、信號發(fā)生器、光電探測器和示波器，其中測試 時，被測透光介質(zhì)放置在溫循箱中，溫循箱中裝有溫度傳感器;其中，SLD光源發(fā)出的光信號 進(jìn)入起偏器，起偏器尾纖與被測透光介質(zhì)尾纖W45°對軸烙接，起偏光波經(jīng)過45°烙接后進(jìn) 入被測透光介質(zhì)；信號發(fā)生器對被測透光介質(zhì)施加預(yù)定頻率的正弦波信號;光電探測器對 由被測透光介質(zhì)傳輸延遲的光信號進(jìn)行探測，并轉(zhuǎn)換成電信號放大后輸出電信號，送達(dá)示 波器;示波器獲得光電探測器輸出的電信號值。
[0006] 優(yōu)選地，其中SLD光源為SL的敦光器。
[0007] 優(yōu)選地，其中起偏器為偏振片或Y波導(dǎo)。
[000引優(yōu)選地，其中起偏器為90°或0°偏振片。
[0009] 優(yōu)選地，其中光電探測器選用PIN-FET組件，其包括半導(dǎo)體PIN光電二極管和跨阻 抗前置放大器。
[0010] 優(yōu)選地，其中被測介質(zhì)為妮酸裡、憐化銅或石英晶體。
[OOW 優(yōu)選地，其中被測介質(zhì)為Y切Z傳妮酸裡波導(dǎo)。
[0012] 有益效果:本實用新型實施例通過把微小的相移變化轉(zhuǎn)化為電信號振幅的變化， 利用不同溫度下光電探測器輸出信號的不同振幅來測出雙折射率差值，同時也可W測試出 雙折射率差的溫度相關(guān)性，尤其適用于對于鐵擴(kuò)散妮酸裡波導(dǎo)低雙折射率差值的測試過 程。
【附圖說明】

[0013] 圖1是已有的電壓互感器傳感頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本實用新型實施例的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015] W下結(jié)合附圖W及具體實施例，對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016] 圖2示出了本實用新型實施例的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其包括： 化D(Super Luminescent Diodes,超福射發(fā)光二極管）光源、起偏器、溫循箱、溫度傳感器、 光電探測器、信號發(fā)生器和示波器;測試時，被測透光介質(zhì)放置在溫循箱中。
[0017] 其中，SLD光源采用消偏寬譜光源，能夠發(fā)射某一特定波長的光信號，通過直接強(qiáng) 度調(diào)制或間接強(qiáng)度調(diào)制，發(fā)射連續(xù)正弦波或脈沖光波信號，并注入系統(tǒng)。優(yōu)選地，該SLD光源 使用SLD激光器，其具有W下特點：具有足夠的光功率，可W提高系統(tǒng)的信噪比;光的相干長 度要短，即具有寬的發(fā)射光譜，可W降低瑞利后向散射、克爾效應(yīng)等引起的相干誤差;具有 良好的平均波長穩(wěn)定性W保證測試的穩(wěn)定性，高可靠性。
[001引如圖2,化D光源發(fā)出的光信號進(jìn)入起偏器，起偏器的主要功能是把高雙折射光纖 中兩正交偏振分量之一泄漏出去，另一偏振分量在光纖中無損耗地傳播，從而在光纖出射 端獲得單偏振作用，對光源發(fā)出的消偏光進(jìn)行起偏，保證輸出光為線偏光。起偏器可采用起 偏片或Y波導(dǎo)等。
[0019] 在本實用新型的實施例中，起偏器輸出尾纖與被測透光介質(zhì)尾纖W45°對軸烙接， 可使線偏振光分為兩個正交模式。參考圖2，起偏光波經(jīng)過45°烙接后進(jìn)入被測波導(dǎo)，在被測 波導(dǎo)內(nèi)分解為兩個方向的光波，TE模式和TM模式的光波。其中，起偏器采用90°或0°偏振片， 目的是保證進(jìn)入波導(dǎo)的兩個模式的光波等相位且等功率。
[0020] 圖2實施例中所有連接各部件的直線均為保偏光纖，保偏光纖是對在其中傳播的 光偏振態(tài)具有保持功能的光纖，沿著其主軸方向入射的線偏振光在出射端保持線偏振態(tài)。 其中，被測透光介質(zhì)例如波導(dǎo)放置在溫循箱中，溫循箱中裝有溫度傳感器，W測量被測波 導(dǎo)的溫度特性。
[0021] 信號發(fā)生器通常是數(shù)字式函數(shù)信號發(fā)生器，其內(nèi)部永久存儲著正弦波、方波、立角 波、噪聲、銀齒波、Sin(x)/x、負(fù)銀齒波、指數(shù)上升波、指數(shù)下降波、屯、電波等十余種函數(shù)信 號。本實用新型的實施例利用信號發(fā)生器，對被測波導(dǎo)施加一定頻率的正弦波信號；優(yōu)選 地，正弦波信號的頻率范圍為IOO化一15MHz，幅值范圍為IOOmVp-P - IOVp-P。
[0022] 在本實用新型的實施例中，光電探測器選用PIN-FET組件，包括半導(dǎo)體PIN光電二 極管和跨阻抗前置放大器。其中，PIN光電二極管具有量子效率高、光電轉(zhuǎn)換線性度好、工作 電壓低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。利用光電探測器，對由被測介質(zhì)傳輸延遲的光信號進(jìn)行探測， 其接收波長應(yīng)與發(fā)射模塊的波長匹配，并轉(zhuǎn)換成電信號放大后輸出，送達(dá)示波器，用于計算 被測波導(dǎo)的雙折射率差值。
[0023] 圖2測試裝置的光路原理為：寬譜光源(SLD)發(fā)出的光經(jīng)起偏器后，變?yōu)榫€偏振光。 起偏器尾纖與被測波導(dǎo)尾纖W45°對軸烙接，則線偏振光均分為兩個正交模式，分別沿被測 波導(dǎo)的快慢軸傳輸，波導(dǎo)置于溫箱中，對被測波導(dǎo)施加一定頻率的正弦信號Vs(t)，該正弦 信號的峰值電壓Vm大于波導(dǎo)的半波電壓，另外由于快慢軸具有雙折射差，因此最終兩束光 會攜帶不同的相位信息，波導(dǎo)輸出尾纖與起偏器輸入尾纖進(jìn)行45°烙接，兩束偏振光發(fā)生干 設(shè)，經(jīng)過起偏器后，將光信號送入光電探測器進(jìn)行信號的提取、調(diào)制、解調(diào)和輸出等功能。
[0024] 計算時，通過光電探測器得到輸出的電信號為Vdet(t)，對Vdet(t)與Vs(t)進(jìn)行仿 真，可W發(fā)現(xiàn)，Vdet(t)和Vs(t)同周期，且因溫度改變引起的雙折射相位差的變化量A (I)B與 Vdet(t)振幅的變化成線性關(guān)系，可利用仿真軟件計算被測波導(dǎo)的雙折射率差值，W下描述 計算步驟。
[0025] 第一步:利用測試裝置獲取Vdet(t)。
[0026] Vdet(t)為探測器輸出的電信號，表達(dá)式為：
[0027] Vdet(t)=Ko{l-cos[ (6￡+(66]} (1)
[0028] 其中Ko為平均功率，d)E和4b分別為由電光效應(yīng)引起的相移和波導(dǎo)雙折射帶來的 相移，表達(dá)式為：
[0029] (J)E= 丫距 Y(t) (2)
[0030]
(3)
[0031] (J)B =陸 L = k(化 E-Ntm 化（4)
[00創(chuàng)
例
[0033] Vs(t) =Vm sin( ?t) (6)
[0034] 其中，k =化A，n〇為尋常光的有效折射率，L為波導(dǎo)長度，G為電極間距，丫 22為電光 系數(shù)，Vs(t)為外加正弦電信號。
[0(X3日]第二步:計算雙折射率差B。
[0036] 從W上公式可W看出，Vdet(t)與Vs(t)具有相同的周期。當(dāng)溫度變化時，體現(xiàn)在駝 峰中間處振幅的差異，當(dāng)Vs(t)=Vm時，輸出信號Vdet(t)變?yōu)椋?br>[0037]
(7)
[003引其中，A (I)E和A (I)B分別為溫度引起的相移。
[0039]由W上分析可知，Vdet(t)和Vs(t)同周期，因此可提取不同溫度條件下，輸出信 號det(t)在Vs(t)=Vm(即《t = 2m3i+V2)時的振幅值，在其它參數(shù)已知的情況下，通過反帶入 公式(7)可求出參數(shù)B和d d) B/dT，其中Ko的值可通過光功率計測得。
[0040] 保持室溫，A T = 0°C時，式(7)變?yōu)椋?br>[OOW
(8)
[0042] 其中，Vdet-mi河通過示波器得到，代入式(8)，可求出TE和TM有效折射率之差B。
[0043] 第=步:根據(jù)公式(7)計算雙折射相移隨溫度的變化率d (I)BMT;
[0044] 啟動溫箱，溫度改變A T時，由示波器得到Vdet-mid，帶入式(7)，其它參數(shù)已知，可W 計算出雙折射相移隨溫度的變化率d d) B/dT。
[0045] 在本實用新型的某實施例中，被測波導(dǎo)為Y切Z傳妮酸裡波導(dǎo)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下:入= 1310nm下對應(yīng)的室溫為20°C，Y切Z傳妮酸裡波導(dǎo)半波電壓Vv2 = 400~440V，Vm取450V，f = 60Hz，n〇 = 2.22±0.0 l，波導(dǎo)長度L = 27±0.5mm，電極間距G = lmm，r22 = 3.4pm/V，sin( ? t) =1時，計算得到4E-max=2.1678,由示波器讀出Vdet-mid的數(shù)值，反帶入公式(8)，計算獲得B =6 X 10-5;當(dāng)溫度改變A T時，由示波器得到Vdet-mid，參考上例提供的數(shù)據(jù)，在W t = 2m3i+V2 時，由示波器讀取Vdet-mid的值，如表1所示不同溫度條件下的電壓峰值，代入式（7)，求得
[0046] 在本實用新型的實施例中，被測介質(zhì)可W為各種能夠透過光信號的介質(zhì)，如妮酸 裡，憐化銅，石英晶體等。盡管實施例中提到Y(jié)切Z傳妮酸裡晶體，但并不局限于該切向的晶 體，其他類型的低雙折射率晶體也適用。本實用新型實施例的測試裝置還可用于測試雙折 射率差的溫度相關(guān)性，尤其是對于鐵擴(kuò)散妮酸裡波導(dǎo)低雙折射率差的測試。
[0047]
[004引表1
[0049] W上，結(jié)合具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，所描述的具體 實施例用于幫助理解本實用新型的思想。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實用新型具體實施例的基礎(chǔ) 上做出的推導(dǎo)和變型也屬于本實用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，包括:超輻射發(fā)光二極管 SLD光源、起偏器、溫循箱、信號發(fā)生器、光電探測器和示波器，其中測試時，被測透光介質(zhì)放 置在溫循箱中，溫循箱中裝有溫度傳感器;其中， SLD光源發(fā)出的光信號進(jìn)入起偏器，起偏器尾纖與被測透光介質(zhì)尾纖以45°對軸熔接， 起偏光波經(jīng)過45°熔接后進(jìn)入被測透光介質(zhì)； 信號發(fā)生器對被測透光介質(zhì)施加預(yù)定頻率的正弦波信號； 光電探測器對由被測透光介質(zhì)傳輸延遲的光信號進(jìn)行探測，并轉(zhuǎn)換成電信號放大后輸 出電信號，送達(dá)示波器； 示波器獲得光電探測器輸出的電信號值。2. 如權(quán)利要求1所述的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，其中SLD 光源為SLD激光器。3. 如權(quán)利要求1所述的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，其中起偏 器為偏振片或Y波導(dǎo)。4. 如權(quán)利要求3所述的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，其中起偏 器為90°或0°偏振片。5. 如權(quán)利要求1所述的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，其中光電 探測器選用PIN-FET組件，其包括半導(dǎo)體PIN光電二極管和跨阻抗前置放大器。6. 如權(quán)利要求1所述的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，其中被測 介質(zhì)為鈮酸鋰、磷化銦或石英晶體。7. 如權(quán)利要求6所述的用于測試透光介質(zhì)雙折射率差值的裝置，其特征在于，其中被測 介質(zhì)為Y切z傳鈮酸鋰波導(dǎo)。
【文檔編號】G01N21/23GK205719932SQ201620255798
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】李俊慧, 楊成惠, 楊德偉, 郝琰
【申請人】北京世維通科技發(fā)展有限公司