CN103176159A - 用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置及其方法 - Google Patents

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本发明提出了一种用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置及其方法，该装置包括光源、起偏器、保偏环形器、光学电压传感单元、检偏器和光功率测试仪，保偏环形器上设有第一端口、第二端口和第三端口。该方法包括在测试装置中设置第一第二和第三测试点；将第一测试点和第三测试点分别进行0°熔接；通过光功率测试仪分别测量第二测试点在0°和90°熔接时该测试装置输出的光功率，并通过光信号的有无来测试光学电压传感单元的性能是否良好。本发明的测试装置和方法通过输出信号的有无便可以有效地测试光学电压传感单元的性能，具有结构简单、操作方便、测试效果准确等优点。

Description

用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置及其方法
技术领域
本发明属于光学电压互感器领域，具体涉及一种用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置及其方法。
背景技术
互易型反射式光学电压传感单元能提高光路的抗干扰能力，并且可以引入成熟的数字闭环检测技术用于信号的检测，提高了互感器的动态范围和响应灵敏度，在光学电压互感器领域具有较好的应用前景。该传感单元的关键性能在于实现输出线偏振光相对于输入线偏振光的模式互换，因此在使用前需要对该传感单元的性能进行测试，目前尚无完整有效的测试方法与装置。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提出一种结构简单、操作方便、测量准确的用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置，其包括光源、起偏器、保偏环形器、光学电压传感单元、检偏器和光功率测试仪，所述保偏环形器上设有第一端口、第二端口和第三端口；
所述光源发出的光经过起偏器后变为线偏振光，并沿着保偏光纤的一个模式从保偏环形器的第一端口进入、从第二端口输出至光学电压传感单元，经光学电压传感单元的反射膜反射后，该线偏振光的振动方向旋转90°，并沿着保偏光纤的另一模式传输，实现线偏振光的模式互换；然后从保偏环形器的第二端口进入、从第三端口输出至检偏器，最后进入光功率测试仪进行测试。
进一步地，所述保偏环形器的第一端口可通过保偏光纤与起偏器的尾纤进行0°熔接，该熔接点为第一测试点；
所述保偏环形器的第二端口可通过保偏光纤与光学电压传感单元的尾纤进行0°或90°熔接，该熔接点为第二测试点；
所述保偏环形器的第三端口可通过保偏光纤与检偏器的尾纤依次进行0°熔接，该熔接点为第三测试点。
进一步地，所述起偏器的尾纤、光学电压传感单元的尾纤和检偏器的尾纤均可采用保偏光纤。
进一步地，所述光源可采用SLD光源。
进一步地，所述光学电压传感单元可包括法拉第准直旋光器和电光晶体，所述电光晶体的光入射面上镀有增透膜、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜，所述法拉第准直旋光器与电光晶体镀有增透膜的一面相固接，所述法拉第准直旋光器的光入射面上连接有尾纤；所述电光晶体的上、下端面分别安装有电极。
进一步地，所述线偏振光沿保偏光纤的一个模式传输进入光学电压传感单元中，经过采用45°角设置的法拉第准直旋光镜后线偏振光旋转45°入射到电光晶体中，电光晶体在电场作用下产生线性电光效应，使线偏振光产生相位差
Figure BDA00002842659300021
当线偏振光被设置于电光晶体端面上的反射膜反射后，再次经过电光晶体，相位差加倍，即总相位差为
Figure BDA00002842659300022
再次经过法拉第旋光镜，线偏振光再次旋转45°，即该线偏振光共旋转了90°后从光学电压传感单元输出；此时，最初沿保偏光纤一个模式传输的线偏振光变为沿保偏光纤的另一模式传输。
本发明的另一目的在于提出一种用于互易型反射式光学电压传感单元的测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
在测试装置中设置第一、第二和第三测试点；
将所述第一测试点和第三测试点分别进行0°熔接；
通过光功率测试仪分别测量第二测试点在0°和90°熔接时该测试装置输出的光功率，并通过光信号的有无来测试光学电压传感单元的性能是否良好。
进一步地，所述测试装置可包括光源、起偏器、保偏环形器、光学电压传感单元、检偏器和光功率测试仪；所述保偏环形器上设有第一端口、第二端口和第三端口；所述光源的输出端与起偏器的输入端相连，所述保偏环形器的第一端口通过保偏光纤与起偏器的尾纤进行0°熔接，该熔接点为第一测试点，所述保偏环形器的第二端口通过保偏光纤与光学电压传感单元的尾纤进行0°或90°熔接，该熔接点为第二测试点，所述保偏环形器的第三端口通过保偏光纤与检偏器的尾纤依次进行0°熔接，该熔接点为第三测试点，所述检偏器的输出端与光功率检测仪相连。
进一步地，通过光信号的有无来测试光学电压传感单元性能是否良好的具体步骤包括：
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的x模式传输，检偏器也工作在x模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿y模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿x模式传输，经过检偏器之后便能够测试到光信号；
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的x模式传输、检偏器工作在y模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿y模式传输，经过检偏器之后能够测试到光信号；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿x模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的y模式传输，检偏器也工作在y模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿x模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿y模式传输，经过检偏器之后便能够测试到光信号；
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的y模式传输、检偏器工作在x模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿x模式传输，经过检偏器之后能够测试到光信号；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿y模式传输，经过检偏器以后无光信号输出。
本发明的有益效果在于：
本发明通过输出信号的有无便可以有效地测试光学电压传感单元的性能，具有结构简单、操作方便、测试效果准确等优点。
附图说明
图1是本发明测试装置的结构示意图；
图2是光学电压传感单元的结构示意图；
图中，1-光源，2-起偏器，3-保偏环形器，4-光学电压传感单元，5-检偏器，6-光功率测试仪，7-法拉第准直旋光器，8-电光晶体，9-增透膜，10-反射膜，11-电极，12-保偏光纤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置做进一步详细的描述。
如图1所示，本例中用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置主要包括光源1、起偏器2、保偏环形器3、光学电压传感单元4、检偏器5和光功率测试仪6，保偏环形器3上按照顺时针方向依次设置三个端口：第一端口、第二端口和第三端口。从光源1发出的光经过起偏器2后变为线偏振光，之后进入保偏环形器3的第一端口，从第二端口输出，输出的线偏振光进入光学电压传感单元4，被传感单元的反射膜10反射后返回，来回两次经过传感单元4后，线偏振光的振动方向旋转90°，将沿保偏光纤的另一个模式传输，之后从保偏环形器3的第三端口输出，经过检偏器5后进入光功率测试仪6。
设定保偏环形器3的第一端口通过保偏光纤与起偏器2的尾纤进行0°熔接，该熔接点为第一测试点a；保偏环形器3的第二端口通过保偏光纤与光学电压传感单元4的尾纤进行0°或90°熔接，该熔接点为第二测试点b；保偏环形器3的第三端口通过保偏光纤与检偏器5的尾纤分别进行0°熔接，该熔接点为第三测试点c。起偏器2的尾纤、光学电压传感单元4的尾纤以及检偏器5的尾纤均采用保偏光纤12。
如图2所示，光学电压传感单元4可以采用绝缘材料构成，绝缘性能良好，具体包括法拉第准直旋光器7和电光晶体8，电光晶体8的光入射面上镀有增透膜9、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜10，法拉第准直旋光器7与电光晶体8镀有增透膜9的一面相固接，法拉第准直旋光器7的光入射面上连接有尾纤（即为保偏光纤）；电光晶体8的上、下端面分别安装有电极11。该电极用于感应电场中的电势，并采用横向调制，即施加在电光晶体4上的电场方向与光传播方向垂直。
该光学电压传感单元的工作原理为：
线偏振光沿保偏光纤的一个模式（可以是x模式或y模式）传输进入光学电压传感单元4中，经过采用45°角设置的法拉第准直旋光镜7后线偏振光旋转45°入射到电光晶体8中，电光晶体8在电场作用下产生线性电光效应，使线偏振光产生相位差
Figure BDA00002842659300041
其中，l是光传播方向上晶体的长度，d是外加电场方向上晶体的厚度，n0是晶体的折射率，γ41是晶体的电光系数，U是加在晶体上的电压。当线偏振光被设置于电光晶体8端面上的反射膜10反射后，再次经过电光晶体8，相位差加倍，即总相位差为
Figure BDA00002842659300042
再次经过法拉第旋光镜7，线偏振光再次旋转45°，即该线偏振光共旋转了90°后从光学电压传感单元4输出；此时，最初沿保偏光纤一个模式传输的线偏振光变为沿保偏光纤的另一模式传输（即：如果原来沿x模式传输的线偏振光，经过光学电压传感单元后会变为沿y模式传输；如果原来沿y模式传输的线偏振光，经过光学电压传感单元后会变为沿x模式传输）。
本例中用于互易型反射式光学电压传感单元的测试方法包括如下步骤：
步骤1、按照上述结构连接成测试装置，并在测试装置中设置第一、第二和第三测试点；
步骤2、将第一测试点和第三测试点分别进行0°熔接；
步骤3、通过光功率测试仪分别测量第二测试点在0°和90°熔接时该测试装置输出的光功率，并通过光信号的有无来测试光学电压传感单元的性能是否良好。
在测试时，第一测试点a与第三测试点c进行0°熔接，分别测试第二测试点b在0°或90°熔接时输出的光功率。通过光信号的有无来测试光学电压传感单元的性能是否良好分为下述四种情况：
1）若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的x模式传输，检偏器也工作在x模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿y模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿x模式传输，经过检偏器之后便能够测试到光信号；
2）若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的x模式传输、检偏器工作在y模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿y模式传输，经过检偏器之后能够测试到光信号；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿x模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；
3）若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的y模式传输，检偏器也工作在y模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿x模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿y模式传输，经过检偏器之后便能够测试到光信号；
4）若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的y模式传输、检偏器工作在x模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿x模式传输，经过检偏器之后能够测试到光信号；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿y模式传输，经过检偏器以后无光信号输出。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置，其特征在于，该测试装置包括光源、起偏器、保偏环形器、光学电压传感单元、检偏器和光功率测试仪，所述保偏环形器上设有第一端口、第二端口和第三端口；
所述光源发出的光经过起偏器后变为线偏振光，并沿着保偏光纤的一个模式从保偏环形器的第一端口进入、从第二端口输出至光学电压传感单元，经光学电压传感单元的反射膜反射后，该线偏振光的振动方向旋转90°，并沿着保偏光纤的另一模式传输，实现线偏振光的模式互换；然后从保偏环形器的第二端口进入、从第三端口输出至检偏器，最后进入光功率测试仪进行测试。
2.根据权利要求1所述的用于互易型反射式光学电压传感单元的测试装置，其特征在于：
所述保偏环形器的第一端口通过保偏光纤与起偏器的尾纤进行0°熔接，该熔接点为第一测试点；
所述保偏环形器的第二端口通过保偏光纤与光学电压传感单元的尾纤进行0°或90°熔接，该熔接点为第二测试点；
所述保偏环形器的第三端口通过保偏光纤与检偏器的尾纤依次进行0°熔接，该熔接点为第三测试点。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于：
所述起偏器的尾纤、光学电压传感单元的尾纤和检偏器的尾纤均采用保偏光纤。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述光源采用SLD光源。
5.根据权利要求1-4任一所述的测试装置，其特征在于：
所述光学电压传感单元包括法拉第准直旋光器和电光晶体，所述电光晶体的光入射面上镀有增透膜、与光入射面相对的另一面上镀有反射膜，所述法拉第准直旋光器与电光晶体镀有增透膜的一面相固接，所述法拉第准直旋光器的光入射面上连接有尾纤；所述电光晶体的上、下端面分别安装有电极。
6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述线偏振光模式互换的具体步骤包括：所述线偏振光沿保偏光纤的一个模式传输进入光学电压传感单元中，经过采用45°角设置的法拉第准直旋光镜后线偏振光旋转45°入射到电光晶体中，电光晶体在电场作用下产生线性电光效应，使线偏振光产生相位差当线偏振光被设置于电光晶体端面上的反射膜反射后，再次经过电光晶体，相位差加倍，即总相位差为
Figure FDA00002842659200012
再次经过法拉第旋光镜，线偏振光再次旋转45°，即该线偏振光共旋转了90°后从光学电压传感单元输出；此时，最初沿保偏光纤一个模式传输的线偏振光变为沿保偏光纤的另一模式传输。
7.一种用于互易型反射式光学电压传感单元的测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
在测试装置中设置第一、第二和第三测试点；
将所述第一测试点和第三测试点分别进行0°熔接；
通过光功率测试仪分别测量第二测试点在0°和90°熔接时该测试装置输出的光功率，并通过光信号的有无来测试光学电压传感单元的性能是否良好。
8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述测试装置包括光源、起偏器、保偏环形器、光学电压传感单元、检偏器和光功率测试仪；所述保偏环形器上设有第一端口、第二端口和第三端口；所述光源的输出端与起偏器的输入端相连，所述保偏环形器的第一端口通过保偏光纤与起偏器的尾纤进行0°熔接，该熔接点为第一测试点，所述保偏环形器的第二端口通过保偏光纤与光学电压传感单元的尾纤进行0°或90°熔接，该熔接点为第二测试点，所述保偏环形器的第三端口通过保偏光纤与检偏器的尾纤依次进行0°熔接，该熔接点为第三测试点，所述检偏器的输出端与光功率检测仪相连。
9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，通过光信号的有无来测试光学电压传感单元性能是否良好的具体步骤包括：
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的x模式传输，检偏器也工作在x模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿y模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿x模式传输，经过检偏器之后便能够测试到光信号；
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的x模式传输、检偏器工作在y模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿y模式传输，经过检偏器之后能够测试到光信号；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿x模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的y模式传输，检偏器也工作在y模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿x模式传输，经过检偏器以后无光信号输出；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿y模式传输，经过检偏器之后便能够测试到光信号；
若起偏器产生的线偏振光沿保偏光纤的y模式传输、检偏器工作在x模式：
则在第二测试点0°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光变成沿x模式传输，经过检偏器之后能够测试到光信号；在第二测试点90°熔接时，经光学电压传感单元返回后从保偏环形器输出的光仍沿y模式传输，经过检偏器以后无光信号输出。
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