[發(fā)明專利]具有低背景光的分布式單芯反饋干涉光路結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110440728.2
• 申請(qǐng)日: 2011-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102519492A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈波;肖倩;洪廣偉;唐璜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D3/028
• 分類號(hào): G01D3/028
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式單芯反饋干涉光路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在科技高速發(fā)展的當(dāng)代社會(huì)，光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了傳感技術(shù)的革命，光纖傳感日益為人們所關(guān)注，越來(lái)越多成為技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)，也越來(lái)越多的進(jìn)入到各個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，其中分布式光纖傳感以其監(jiān)測(cè)距離遠(yuǎn)，靈敏度高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，特別在關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的領(lǐng)域，如隧道火災(zāi)監(jiān)控，光纜安全監(jiān)控、油氣泄漏監(jiān)測(cè)等等方面得到特別的關(guān)注與應(yīng)用。分布式單芯反饋干涉結(jié)構(gòu)由于其僅需采用一根芯作為傳感光纖，實(shí)現(xiàn)方便，因而成為分布式傳感中的一重要技術(shù)分支。

圖1是常見(jiàn)的一種分布式單芯反饋結(jié)構(gòu)。

干涉光路由N*M（N、M為整數(shù)）耦合器3、P*Q（P、Q為整數(shù)）耦合器4、光纖延遲器5，延遲為τ，光纖（光纜）6和反饋裝置2構(gòu)成。3a1、3a2、…、3aN、3b1、3b2為耦合器3的端口，3a1、3a2、…、3aN是同向端口，共N個(gè)，3b1、3b2是耦合器3的另一組同向端口（共M個(gè)）中的兩個(gè)端口。4a1、4a2、4b1為耦合器4的端口，4a1、4a2是耦合器2的一組同向端口（共P個(gè)）中的兩個(gè)端口，4b1是耦合器4的另一組同向端口（共Q個(gè)）中的兩個(gè)端口。光纖6為感應(yīng)光纖。1為光纖6上的一擾動(dòng)點(diǎn)。2為反饋裝置，使沿光纖傳輸來(lái)的光重新進(jìn)入光纖6返回到耦合器4。光源經(jīng)耦合器3的端口3a1輸入，經(jīng)耦合器3分光后分別經(jīng)端口3b1、3b2輸出。在該結(jié)構(gòu)中共存在四束光，其中兩路光：

Ⅰ：3b1→5→4a1→4b1→6→2→6→4b1→4a2→3b2；

Ⅱ：3b2→4a2→4b1→6→2→6→4b1→4a1→5→3b1。

在耦合器3處重新會(huì)合，發(fā)生干涉，干涉信號(hào)分別經(jīng)端口3a1、3a2、…、3aN輸出。但由于光纖耦合器4的使用，當(dāng)光從4b1端口返回，進(jìn)入耦合器4時(shí)，由于從兩個(gè)端口4a1、4a2皆有光輸出，因而除了形成上述的干涉光束外，還存在兩路背向回光：

Ⅲ：3b1→5→4a1→4b1→6→2→6→4b1→4a1→5→3b1；

Ⅳ：3b2→4a2→4b1→6→2→6→4b1→4a2→3b2。

這兩路光由于光程的原因，并不參與干涉，僅僅成為背景光，表現(xiàn)為直流光，這兩路的增加了背景噪聲，降低了干涉條紋的清晰度。

對(duì)于背向回光，在水聽(tīng)器的研究中，也遇到了類似的問(wèn)題。

在水聽(tīng)器的sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)中，為了降低延遲線的對(duì)外界噪聲的敏感性，會(huì)采用如圖2所采用的方式構(gòu)成延遲線圈，即采用1×2耦合器8加一段光纖延遲線9，并在9的末端連接一反射鏡10，以此共同實(shí)現(xiàn)原sagnac環(huán)中延遲線的功能。圖2中，7為光纖耦合器，9為延遲光纖，11為感應(yīng)光纖。但這種延遲線構(gòu)成方式也引入了原Sagnac環(huán)中不存在的兩路不參與干涉的背向回光。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Benjamin?J.?Vakoc等在“Demonstration?of?a?folded?Sagnac?sensor?array?immune?to?polarization-induced?signal?fading”（?Applied?Optics?Vol.?42,?No.?36，7132-7136）中提出了采用偏振分束器和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡共用的結(jié)構(gòu)。圖3即為該文章中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)方式，偏振分束器（PBS）的合波端與延遲線圈（Delay?Coil）相連，延遲線圈（Delay?Coil）的另一端與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡（FRM）相連，偏振分束器（PBS）的偏振分光端c和g連在Sagnac環(huán)中。分束器的工作特性為：當(dāng)光從合波端口（光纖）d輸入時(shí)，光被分成兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)，分別沿著分波端口（光纖）c和g的工作軸輸出，因而當(dāng)從合波端輸入的光僅有與分解偏振態(tài)相應(yīng)的一個(gè)偏振模式時(shí)，將僅從相應(yīng)的分波端口輸出，另一個(gè)分波端口沒(méi)有光輸出。在該結(jié)構(gòu)中，從端口c輸入的光，由端口d輸出，經(jīng)FRM反射輸入到端口d，由于FRM的作用，該光的偏振方向與相對(duì)于從端口d輸出的光的偏振，旋轉(zhuǎn)了90度，因而，光經(jīng)端口g（傳輸偏振模式與端口c的傳輸偏振模式垂直）輸出，而端口c并沒(méi)有輸出光，反之亦然，因而，這種結(jié)構(gòu)通過(guò)偏振分束器和法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡的配合使用，消除了利用耦合器構(gòu)成延遲線帶來(lái)的背向回光問(wèn)題，使得光路中僅存在兩路相互干涉的光，具有低的背景光，因而提高了干涉條紋清晰度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于長(zhǎng)距離傳輸?shù)模芟诚蚧毓獾模哂械捅尘肮獾姆植际絾涡痉答伕缮婀饴方Y(jié)構(gòu)。