Устройство для анализа и управления состоянием поляризации оптического излучения в волоконно-оптических трактах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ВКВО-2019- Стендовые

устройство для анализа и управления

состоянием поляризации оптического излучения в волоконно-оптических трактах

Бурдин В.А., Дашков М.В.*, Долгополов В.Н.

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

* E-mail: [email protected]

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16164

Поляризационные приборы, предназначенные для анализа и преобразования поляризованного оптического излучения, получили применение в контрольно-измерительном оборудовании, телекоммуникационных системах, волоконных лазерах, а также, в последнее время, активно используются в системах опроса волоконно-оптических датчиков, основанных на поляризационных эффектах. При этом особый интерес для полевого и индустриального применения представляют устройства, отличающиеся отсутствием подвижных элементов и простым согласованием с волоконно-оптическим трактом.

В данной работе рассматривается реализация устройства, позволяющего производить анализ состояния поляризации оптического излучения и выполнять функции преобразования поляризации по заданному закону. Основным компонентом устройства является трехэлементный волоконно-оптический контроллер поляризации. В стандартной конфигурации двулучепреломляющие элементы расположены таким образом, что оптическая ось второго каскада ориентирована относительно других элементов под углом 450, а величина двулучепреломления каждого каскада изменяется в соответствии с управляющим электрическим сигналом. Для реализации подобных контроллеров применяются различные технологии, основанные на основе теплового воздействия, механического воздействия и электро-оптического эффекта [1]. При этом применяется общий алгоритм управления контроллером, и основные отличия касаются параметров управляющих сигналов, а также необходимости учета индивидуальных особенностей, таких как быстродействие, наличие гистерезиса и резонансных явлений.

Структурная схема устройства приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема устройства

В состав модуля 1 (М1) входят: трехэлементный волоконно-оптический контроллер поляризации (КП); генератор управляющих сигналов (ГУС), согласующий аналоговую и цифровую части устройства; микроконтроллер (МК) с интерфейсом для подключения к персональному компьютеру (ПК). Схема включения модуля выбирается в зависимости от назначения и сферы применения устройства. В приведенной конфигурации с модулем М2 устройство может выполнять функции анализа состояния поляризации оптического излучения при включении "в линию" или формирования заданного состояния поляризации. В состав модуля 2 (М2) входят: оптический разветвитель (ОР) для отвода части мощности, линейный поляризатор (П) в качестве анализатор; фотоприемное устройство (ФПУ).

Разработаны методы управления трехкаскадным контроллером для измерения компонентов вектора Стокса оптического излучения, учитывающие особенности применения в качестве отдельного

314

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]

ВКВО-2019 Стендовые

устройства, а также при совместной работе с оптическим рефлектометром. При этом были использованы математические модели устройства на основе формализма матриц Мюллера.

В общем случае мощность излучения, поступающая на фотодетектор после прохождения контроллера и поляризатора, является функцией 4-х параметров P = f (ßi,ß2,ß3,0), где ßi -величина фазовой задержки i-го элемента контроллера поляризации, определяемая управляющим сигналом; в - ориентация оптической оси линейного поляризатора.

На этапе калибровки прибора для каждого каскада контроллера определяются зависимости величины фазовой задержки от параметров управляющих сигналов и фиксируются значения, соответствующие определенным значениям фазовой задержки {0; ж/2 ;ж ; 3ж/2 }.

В процессе работы устройства в режиме анализатора выполняется последовательный перебор 8 заданных комбинаций управляющих сигналов, снимаются показания фотоприемного устройства и производятся соответствующие математические операции. В результате определяются компоненты вектора Стокса. Область применения данного устройства ограничивается контролем относительно медленно протекающих процессов.

Принцип работы устройства в режиме генерации детерминированного состояния поляризации заключается в подборе параметров управляющих сигналов на основе результатов анализа входного состояния поляризации. В итоге задача сводится к оптимизации функции трех переменных.

Для реализации поляризационного рефлектометра были разработаны схема и методика согласования устройства со стандартным оптическим рефлектометром. На основе работ [2,3] был разработан алгоритм распределенного анализа поляризационных характеристик оптического волокна и произведена апробация на математической модели.

Работа выполнена при поддержке гранта ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики».

Литература

1. Damask J.N., Polarization Optics in Telecommunications, Springer, 520p. (2004)

2. RogersA.J., Appl. Opt. 20, 1060-1074 (1981)

3. WuilpartM. et al. Proc. SPIE 4087, 396-404 (2000)

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected] 315