[發明專利]高分辨率波長解調系統及其解調方法無效

申請號：	200710062995.4	申請日：	2007-01-24
公開（公告）號：	CN101231367A	公開（公告）日：	2008-07-30
發明（設計）人：	肖浩;李芳;劉育梁	申請（專利權）人：	中國科學院半導體研究所
主分類號：	G02B6/26	分類號：	G02B6/26;G02F1/01;G01J3/433
代理公司：	中科專利商標代理有限責任公司	代理人：	湯保平
地址：	100083北***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	高分辨率波長解調系統及其方法
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【說明書】：

技術領域

本發明是一種高分辨率波長解調系統及其解調方法，主要用于波長調制型傳感器的波長解調，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖傳感技術是以光為載體、光纖為媒質，感知和傳輸外界信號的新型傳感技術。根據傳遞外界信息的光波特征參量不同，光纖傳感器可以分為波長調制、振幅調制、相位調制和偏振態調制等類型。基于波長調制型光纖傳感器與其他光纖傳感器相比較，有抗干擾能力強、傳感探頭結構簡單、尺寸小和便于組網復用等優點，因此波長調制型傳感器在光纖傳感中應用最為廣泛。最典型的波長調制型光纖傳感器即為光纖光柵(FBG)傳感器。

近年來出現了以光纖光柵激光器作為傳感元件的新一代傳感器，它利用光纖光柵的反射特性和選頻作用，通過在一段高增益有源光纖寫入光纖光柵形成光纖激光器結構。它作為一種新型的波長調制型傳感器，除了具有普通無源光纖光柵的優點之外，它輸出的信號具有極窄的線寬(可以達到KHz量級)，對外界的變化十分敏感，因此對波長解調提出了更高的要求。

對于波長調制型光纖傳感器有很多的解調方法，目前在實際工程中使用的主要有色散法、F-P濾波器法、匹配光柵法、邊緣濾波器法等，這些方法的最高波長分辨率約為0.1pm。要達到更高的分辨率，必須采用干涉的方法，傳感頭波長的變化經過非平衡干涉儀后轉化為相位變化，通過高分辨率的相位解調技術還原波長的變化，能夠達到10-6pm甚至更高的波長分辨率。

基于干涉式的波長解調方法主要有相位跟蹤法和3×3耦合器法。

相位跟蹤法是在干涉儀的一個臂上引入相位調制器，干涉儀輸出信號經過相位補償電路后對其進行反饋控制，產生相位補償，使得干涉儀的兩臂的相位差為π/2，即干涉儀工作在正交狀態下，此時傳感器波長的變化量與探測器輸出的電壓變化成正比。相位跟蹤法的結構較簡單，解調速度快，其缺點是檢測大信號時失真嚴重，解調結果與光強相關，且在組網復用中，由于每一路傳感器的干涉信號初始相位漂移不同，因此每一路傳感器需要單獨的干涉儀和補償電路，組網結構比較復雜。

3×3耦合器法將干涉儀輸出端的2×2耦合器換成3×3耦合器，根據3×3耦合器的性能，可知此時輸出的三路信號之間將會有120°相差。通過三路信號同時探測處理，可使系統保持恒定的相位靈敏度，解調結果將與傳感器波長呈線性關系。采用3×3耦合器法實現波長解調，其干涉儀中不需要有源器件，結構簡單，可采用數字化的方案進行信號處理，算法運算量小。其缺點是3×3耦合器自身的分光比和穩定性將對解調結果產生影響，并且由于采用3×3耦合器方案每通道需要3個探測器同時接收，增加了系統的復用組網復雜程度。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高分辨率波長解調系統與解調方法，本發明具有分辨率高、動態范圍大、響應速度快、工作穩定可靠和易于復用組網的優點。

本發明一種高分辨率波長解調系統，其特征在于，包括：

一波長調制型傳感器；

一第一1×2耦合器，該第一1×2耦合器的輸入端與波長調制型傳感器的輸出端相連接，作為非平衡光纖干涉儀的輸入端；

一第二1×2耦合器，該第二1×2耦合器的輸入端與第一1×2耦合器的輸出端相連接，作為非平衡光纖干涉儀的輸出端；

一相位調制器，該相位調制器的輸入端與第一1×2耦合器的輸出端相連接，該相位調制器的輸出端與第二1×2耦合器的輸入端相連接，用于提供相位載波信號；

一光電探測器，將干涉儀輸出光信號轉化為電信號；

一信號處理模塊，該信號處理模塊與第二1×2耦合器之間串接光電探測器，用于將待測信號從干涉信號中解調出來；

一正弦信號發生器，該正弦信號發生器的輸出端與相位調制器連接，該正弦信號發生器的輸入端與信號處理模塊連接，為相位調制器和信號處理模塊提供正弦調制信號。

其中第一1×2耦合器與第二1×2耦合器的分光比為50∶50。

其中相位調制器選用纏繞有光纖的壓電換能器。