專利名稱：自由空間等效單模光纖應(yīng)用于光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖或光纖組件的補償技術(shù)，尤其是指補償光纖傳感器(如光纖陀螺儀)中的光纖或光纖組件如光纖環(huán)等。此補償技術(shù)除使得每個光纖或光纖組件的特性如自由空間(Free Space) 一般外，亦可大幅加快光纖傳感器的光路優(yōu)化演算速度。
背景技術(shù)：
在我們的日常生活中，光纖技術(shù)所扮演的角色愈來愈重要。而當其應(yīng)用在陸?？盏膶?dǎo)航、定向與平臺穩(wěn)定等技術(shù)領(lǐng)域時，光纖組件的靈敏性、穩(wěn)定性與復(fù)制性將愈形重要。由于光纖組件(比如，光纖環(huán))的制作過程所導(dǎo)致光纖的各種光學(xué)特性改變與損耗，將使得光纖組件的功效降低。在已知技術(shù)中，為解決此類因光學(xué)特性改變或損耗而使光纖組件功效降低的問題，采用幾種不同的策略(US 2003/0007751AU US 2005/0226563A1)。以使用保偏光纖為例，保偏光纖可保持光的偏振態(tài)，但成本需求高；其次以保偏光纖繞制光纖環(huán)為例，則需維持光纖之極化銷光比(Polarization Extinction Ratio),此項參數(shù)在保偏光纖環(huán)繞制過程中較不易維持，以致增加繞制的成本與難度。另光纖環(huán)本身容易受到光纖本身質(zhì)量、繞制時產(chǎn)生的應(yīng)力與應(yīng)變、及填充膠料的影響而質(zhì)量不一。每個光纖環(huán)可能產(chǎn)出不同程度的光特性變化如線性雙折射，線性雙衰減和旋性雙折射的特性或其組合。長久以來高質(zhì)量光纖環(huán)的繞制為一高技術(shù)門坎的工藝，需有特殊光纖及自動化張力控制繞制機的組合，加上有經(jīng)驗的技工操作下才能將質(zhì)量控制在某一范圍，也因此生產(chǎn)成本高。若光纖本身質(zhì)量不一(來自不同生產(chǎn)日期或不同工廠)，光纖環(huán)的繞制控制則需要耗時試驗重新調(diào)整，以控制光纖環(huán)質(zhì)量在最佳范圍內(nèi)。如不調(diào)整制程，則被迫將繞制產(chǎn)出的光纖環(huán)依測試結(jié)果分列等級，如此一來高質(zhì)量光纖環(huán)的良率則會大幅下降。有鑒于此，申請人經(jīng)過悉心試驗與研究，并以跳脫傳統(tǒng)智慧的方法，終于發(fā)明出本案“自由空間等效單模光纖環(huán)應(yīng)用于光纖傳感器”，其構(gòu)想并實施一應(yīng)用自由空間等效單模光纖之光纖傳感器，以量測光纖等效光路，并加以補償?shù)姆绞?，使得補償后的光纖等效光路為一單位矩陣，如同在自由空間傳導(dǎo)一般。此項創(chuàng)新不僅大幅提升光纖的復(fù)制性，亦可大幅加快使用光纖及光纖組件的光纖傳感器的光路優(yōu)化仿真演算速度。如此快速的仿真演算速度和幾乎使光纖或光纖組件傳導(dǎo)的特性如同在自由空間一般的設(shè)計不但前所未有，且在公開的文獻中也無先例。以下為本案之簡要說明。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)中，已提出將光學(xué)對象的等效光路參數(shù)組經(jīng)由繆勒-史托克矩陣偏光儀量測而被導(dǎo)引出的方案(Characterization on five effective parametersof anisotropic optical material using Stokes parameters—Demonstration by afiber-type polarimeter，Optics Express, Vol.18，Issue 9，pp.9133—9150，April2010)。請參閱第一圖，系為此現(xiàn)有技術(shù)的實驗架構(gòu)。雷射100提供一具有偏極態(tài)的入射光，經(jīng)過一個1/4玻片(quarter-wave plate) 101,偏振片(polarizer) 102,藉以產(chǎn)生線性偏振光(0°、45° >90° >135° )及圓偏振光(左旋與右旋)共六種偏振光)，進入樣本光纖103后輸出，將輸出光的六種偏振態(tài)以繆勒-史托克矩陣偏光儀104量測后反演算，可解出樣本光纖103的五個等效光學(xué)參數(shù)，即主軸角度(α)、相位延遲(0)、雙向衰減角度(0(1)、雙向衰減(D)、以及旋光角(Y)，用以代表通過樣本光纖103的偏振光特性。此五個參數(shù)組α，β，Θ d，D，y的動態(tài)量測范圍為0° 180°，0° 180°，0° 180°，0 I以及0° 180。。光線的偏極態(tài)可以用stokes向量來表示，stokes向量分為四個部分
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一光學(xué)路徑，用以供一光傳播；以及 一光學(xué)補償模塊，置于該光學(xué)路徑之中并以一矩陣轉(zhuǎn)換補償方法為基礎(chǔ)而補償該光通過該光學(xué)路徑所造成的一光學(xué)特性變化。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)路徑的光學(xué)參數(shù)組成一等效矩陣，該等效矩陣可代表該光學(xué)路徑，該矩陣轉(zhuǎn)換補償方法系令該等效矩陣乘以一補償矩陣后等于一單位矩陣后求解該補償矩陣。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該等效光學(xué)路徑包括: (a)三個等效光學(xué)參數(shù)，系主軸角度(α)、相位延遲(β)、以及旋光角(Y);以及 (b)五個等效光學(xué)參數(shù)，系主軸角度(α)、相位延遲(β)、雙向衰減角度(0d)、雙向衰減⑶、以及旋光角(Y )。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，該單位矩陣代表一自由空間。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)特性包括該光的一偏振態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)路徑更包括一光源、一光纖、一光纖環(huán)或一光纖組件與其組合。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)補償模塊為以下兩種狀態(tài)其中之一: (a)該光學(xué)補償模塊包括 一可變延遲器和一半玻片；以及 (b)該光學(xué)補償模塊包括一極化控制器。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)補償模塊更包括外加一光機反應(yīng)于該光學(xué)路徑作為該光學(xué)補償模塊。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其特征在于，該光機反應(yīng)系為一外加動靜態(tài)應(yīng)力的光學(xué)特性反應(yīng)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)補償模塊更包括外加一光電反應(yīng)于該光學(xué)路徑作為該光學(xué)補償模塊。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其特征在于,該光電反應(yīng)系為一外加動靜態(tài)電場的光學(xué)特性反應(yīng)。
12.一種光學(xué)補償方法，包括下列步驟: (a)提供一輸入光，其具一已知偏振態(tài)； (b)使該輸入光通過一光學(xué)路徑而形成一輸出光； (C)量測該輸出光的一偏振態(tài)； (d)利用該輸出光的該偏振態(tài)與該輸入光的該已知偏振態(tài)，得到該光學(xué)路徑的一等效光學(xué)參數(shù)組； (e)解析該等效光學(xué)參數(shù)組以得知該輸出光所需的一光偏振態(tài)補償；以及 (f)對該輸入光與該輸出光兩者之一進行該補償。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，以該等效光學(xué)參數(shù)組建構(gòu)一繆勒-史托克矩陣，且該繆勒-史托克矩陣系以一瓊斯矩陣(Jones Matrix)轉(zhuǎn)換形成。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該補償為透過一光學(xué)補償模塊，使該輸入光的該偏振態(tài)維持與該輸出光相同來實施。
15.一種光學(xué)驗證系統(tǒng)，系驗證一光學(xué)系統(tǒng)的一等效自由空間補償，包括:一光學(xué)路徑，經(jīng)補償后具一等效自由空間的光學(xué)特性，用以接收一光，并輸出該光；以及 一偏光儀，用以量測該輸出光的一光學(xué)參數(shù)，比較輸入光與輸出光的光學(xué)參數(shù)，并據(jù)以驗證該光學(xué)路徑是否具該等效自由空間補償。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng),其特征在于，該偏光儀系為一繆勒-史托克矩陣偏光儀。
17.一種光學(xué)驗證方法，系驗證一光學(xué)系統(tǒng)的一等效自由空間補償，其包括: (a)使一第一輸入光通過一光學(xué)補償模塊以形成一第一輸出光； (b)以一偏光儀量測該第一輸出光的一第一光學(xué)參數(shù)組； (C)使一第二輸入光通過該光學(xué)補償模塊以形成一第二輸出光； (d)并以該偏光儀量測該第二輸出光的一第二光學(xué)參數(shù)組； (e)重復(fù)步驟(a) (d)輸入數(shù)種不同的偏振光；以及 (f)比較輸入光與輸出光的光學(xué)參數(shù)，以驗證該光學(xué)系統(tǒng)是否具該等效自由空間補償。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該補償方式為透過該光學(xué)補償模塊，使該輸入光的一偏振態(tài)不 改變來實施。
全文摘要
本發(fā)明提出以量測光纖或光纖組件等效光路，并加以補償?shù)姆绞?，使得每個光纖或光纖組件的特性如自由空間(Free Space)一般，以提升光纖或光纖組件的復(fù)制性與穩(wěn)定性。理論計算由繆勒-史托克矩陣(Muller-Stokes Matrix)偏光儀所得出的結(jié)果進行分析，再計算出光纖或光纖組件的等效瓊斯矩陣與轉(zhuǎn)成單位矩陣所需的補償。光纖或光纖組件的補償方式可加組件如可變延遲器(variable retarder)、半玻片(half-wave plate)等，或同等功能的極化控制器(polarization controller)。光纖或光纖組件的補償亦可不加組件如扭轉(zhuǎn)部份光纖制造等效的補償效應(yīng)；或其它方式使得補償后的光纖或光纖組件等效光路為一單位矩陣(unit matrix)，如同自由空間一般。此項創(chuàng)新不僅大幅提升光纖及光纖組件的復(fù)制性，亦可大幅加快使用光纖與光纖組件的光纖傳感器(如光纖陀螺儀等)的光路優(yōu)化仿真演算速度。
文檔編號G01D5/26GK103175553SQ20111019235
公開日2013年6月26日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者羅裕龍, 劉人仰, 顏志仲, 鐘逸凡 申請人:羅裕龍, 劉人仰