[论文解读] Distributed measurement of mode coupling in birefringent fibers with random polarization modes

Tianhua Xu, Feng Tang+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2016

Advanced Fiber Optic Sensors参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的分布式测量技术，用于高双折射保偏光纤（PMFs）中的偏振模耦合（DPC）测量，采用白光迈克尔逊干涉仪并激发随机偏振模。通过消除对精确偏振对准的需求，并借助分析器旋转提升灵敏度，该方法实现了超过100倍的检测灵敏度提升，从而可在无需严格模式激发控制的情况下实现准确、实用的DPC剖面测量。

ABSTRACT

A scanning white light interferometer is developed to measure the distributed polarization coupling (DPC) in high birefringence polarization maintaining fibers (PMFs). Traditionally, this technique requests only one polarization mode to be excited or both polarization modes to be excited with equal intensity in the PMF. Thus, an accurate alignment of the polarization direction with the principal axis in PMF is strictly required, which is not facilely realized in practical measurement. This paper develops a method to measure the spatial distribution of polarization mode coupling with random modes excited using a white light Michelson interferometer. The influence of incident polarization extinction ratio (PER) on polarization coupling detection is evaluated theoretically and experimentally. It is also analyzed and validated in corresponding measurement that the sensitivity of the polarization coupling detection system can be improved more than 100 times with the rotation of the analyzer.

研究动机与目标

• 解决传统DPC测量技术在保偏光纤中对精确偏振对准的依赖问题。
• 在仅一个或两个偏振模以随机强度激发时，实现高双折射光纤中模式耦合的准确分布式测量。
• 评估入射偏振消光比（PER）对DPC检测精度和灵敏度的影响。
• 通过在干涉仪设置中控制分析器旋转，显著提升检测灵敏度。
• 提供一种实用、无需对准的分布式DPC测量方法，适用于真实世界光纤表征。

提出的方法

• 采用扫描白光迈克尔逊干涉仪测量保偏光纤中偏振模耦合的空间分布。
• 系统在随机激发的偏振模下运行，避免了与光纤主轴精确对准的需求。
• 从理论和实验两方面分析入射偏振消光比（PER）对测量精度的影响。
• 通过分析器旋转提升系统对偏振耦合的灵敏度，增强检测能力。
• 干涉仪设置实现了沿光纤长度的高分辨率、分布式模式耦合测量。
• 结合理论建模与实验验证，确认灵敏度提升与测量精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 当偏振模以随机强度激发时，能否准确测量保偏光纤中的分布式偏振模耦合？
• RQ2 在白光干涉仪设置中，入射偏振消光比（PER）如何影响DPC检测的精度？
• RQ3 通过控制分析器旋转，DPC检测灵敏度最多可提升多少？
• RQ4 是否可能通过白光干涉仪消除DPC测量中对精确偏振对准的需求？
• RQ5 在高双折射光纤中，使用随机偏振激发进行分布式DPC剖面测量的实际可行性如何？

主要发现

• 所提出的方法成功实现了在无需将入射偏振与光纤主轴精确对准的情况下，对保偏光纤中偏振模耦合的分布式测量。
• 定量评估了入射偏振消光比（PER）对DPC检测的影响，结果表明低PER会降低测量精度。
• 分析器旋转使系统检测灵敏度提升超过100倍，显著增强了对弱耦合效应的分辨能力。
• 仅使用白光光源和标准干涉组件，即可实现对光纤长度上模式耦合的准确、高分辨率空间剖面测量。
• 实验验证结果与理论预测一致，表明在随机模式激发的真实条件下系统具有鲁棒性能。
• 该技术为高双折射光纤中的分布式DPC测量提供了一种实用、无需对准的解决方案，适用于实际部署。