Методы измерения параметров оптических компонентов, ВОЛС и ВОСП. Часть 8.

Этот метод измерения (рис. 6.1-11) обычно основан на преобразовании с помощью контроллера поляризации почти стопроцентно поляризованного излучения лазерного источника в излучение с заданной поляризацией, включая все линейные, эллиптические и круговые состояния.

Контроллер поляризации при этом состоит из нескольких механически управляемых (вращаемых) петель волокна с различной точностью установки угла поворота, создавая тем самым произвольные состояния поляризации. Процедура измерения выполняется в соответствии с используемым контроллером поляризации, а результирующее значение PDL рассчитывается по формуле:

,

где Tmax, Tmin – коэффициенты передачи, а Pmax, Pmin – значения выходной мощности.
Для достижения высокой точности измерения необходимо соблюдать следующие требования:

• Обеспечение неизменности входной мощности с тем, чтобы изменение состояния поляризации не приводило к изменению входной мощности на ТЭ, что определяется качеством контроллера поляризации. В то же время, учитывая, что лазерные источники чувствительны к обратным отражениям различных состояний поляризации, между источником и контроллером поляризации всегда необходимо устанавливать аттенюатор или изолятор;
• Обеспечение создания всех состояний поляризации, контролируя их эволюцию анализатором поляризации, работающим в режиме реального времени. Поэтому при данных измерениях основным вопросом является выбор необходимого для проведения точного измерения времени.
• Обеспечение независимости показаний измерителя мощности от поляризации. Многие измерители оптической мощности обладают неприемлемой для данного типа измерения зависимостью от поляризации входной световой волны, вследствие этого измеритель мощности должен быть специально настроен на зависимую от поляризации чувствительность.

Так как общая погрешность представляет собой СКО отдельных приборов, то она зависит (в дБ) от абсолютного значения PDL. Для значения PDL, например, равных 0,1 дБ общая погрешность достигает величин порядка ±0,003-0,005.
Суммируя вышеизложенное, можно сказать, что это надежный и точный метод, который легко использовать в том случае, когда имеется в наличии подходящее измерительное оборудование. Если контроллер поляризации обладает функцией автоматического сканирования, а измеритель мощности работает с достаточным быстродействием и способен фиксировать минимальное и максимальное значения, отпадает необходимость в использовании программирования. Однако большое время измерения, достигающее более 10 с, ограничивает использование данного метода измерением PDL только на одной длине волны в лабораторных условиях.

Метод Мюллера.
Этот метод основан на анализе четырех состояний поляризации с измерением передачи оптической мощности через ТЭ только в этих состояниях и последующим расчетом PDL из результатов этих измерений. Измерение PDL методом Мюллера аналогично предыдущей схеме измерения, однако контроллер поляризации в ней выполнен на основе волновых пластин, используя в частности, для синтеза различных состояний поляризации четвертьволновую (Q) и полуволновую (H) пластины. Кроме этого, для обеспечения необходимой ориентации поляризованного сигнала данная схема дополняется поляризатором (P), который устанавливается на входе контроллера.

Первым шагом в использовании этой схемы является вращение поляризатора до получения максимальной передачи излучения при максимальном уровне входного сигнала путем соответствующей установки пластин Q и H относительно эталонного угла .
Вначале измерение выполняется без ТЭ путем измерения оптической мощности при четырех хорошо определенных состояниях поляризации, а затем вводится ТЭ, и измерение повторяется для тех же состояний поляризации. Табл. 6.1-4 иллюстрирует этот процесс (уровни мощности с прописными подписями указывают измерения, осуществленные с ТЭ, а уровни мощности с более мелкими подписями измерены без ТЭ).

Таблица. 6.1-3.

Значение PDL в этом методе определяется по формуле:

,

где максимальное Tmax и минимальное Tmin значения коэффициентов передачи могут быть определены, используя коэффициенты mij матрицы Мюллера, матрицы размера 4x4, которая выражает связь входного и выходного векторов Стокса любого оптического устройства в форме:

,

где S и S’ – векторы Стокса входной и выходной световой волны оптического устройства.
Особенности этого метода измерения такие же, как и метода сканирования, в частности, также необходимо исключить зависимость интенсивности излучения лазерного источника и показаний измерителя мощности от поляризации.
Учитывая, что контроллеры поляризации с волновыми пластинами (по сравнению с контроллерами на ОВ) часто создают большие вариации мощности, поляризационная зависимость уровня мощности в данном методе корректируется математически, что усложняет его реализацию, но снижает требование к параметрам контроллера.
Кроме этого, метод Мюллера, по сравнению с методом сканирования, включает два этапа измерения, но фактически этап калибровки может быть проведен один раз перед серией измерений. С точки зрения точности измерения, метод Мюллера характеризуется, по крайней мере, такой же точностью, как и метод сканирования поляризации. Например, с учетом повторяемости установки волновых пластин для значений PDL 0,1 дБ вполне достижимой является точность порядка ±0,003-0,005 дБ.
В заключение отметим, что основное преимущество метода Мюллера заключается в том, что его время измерения значительно меньше времени измерения методом сканирования поляризации. Это чрезвычайно важно для проведения измерений PDL, независимых от длины волны.