[發明專利]一種具有全保偏功能的干涉光路結構

有效

• 申請號: 201110440840.6
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102564477A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 肖倩;賈波;洪廣偉;章驊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 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

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體是一種光纖光路中包含有單模光纖的、具有全保偏功能的干涉光路結構。

背景技術

在科技高速發展的當代社會，光纖通信技術的發展帶來了傳感技術的革命，光纖傳感日益為人們所關注，越來越多成為技術研發的重點，也越來越多的進入到各個重要的應用領域，其中分布式光纖傳感以其監測距離遠，靈敏度高，環境適應性強，特別在關系到國計民生的領域，如隧道火災監控，光纜安全監控、油氣泄漏監測等等方面得到特別的關注與應用。

圖1是常見的一種光纖傳感結構。

干涉光路由N*M（N、M為整數）耦合器3、P*Q（P、Q為整數）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，3b1、3b2是耦合器3的另一組同向端口（共M個）中的兩個端口。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）中的兩個端口，4b1是耦合器4的另一組同向端口（共Q個）中的兩個端口。光纖6為感應光纖。1為光纖6上的一擾動點。2為反饋裝置，使沿光纖傳輸來的光重新進入光纖6返回到耦合器4。光源經耦合器3的端口3a1輸入，經耦合器3分光后分別經端口3b1、3b2輸出。在該結構中共存在四束光，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處重新會合，發生干涉，干涉信號分別經端口3a1、3a2、…、3aN輸出。但由于光纖耦合器4的使用，當光從4b1端口返回，進入耦合器4時，由于從兩個端口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，表現為直流光，增加了背景噪聲，降低了干涉條紋的清晰度。?

上述光路表示形式中，標號代表該標號所對應的部件，箭頭表示光傳遞的方向。

在水聽器的sagnac環結構中，為了降低延遲線的對外界噪聲的敏感性，會采用如圖2所采用的方式構成延遲線圈，即采用1×2耦合器8加一段光纖延遲線9，并在光纖延遲線9的末端連接一反射鏡10，以此共同實現原sagnac環中延遲線的功能。圖2中，7為光纖耦合器，9為延遲光纖，11為感應光纖。但這種延遲線構成方式也引入了原Sagnac環中不存在的兩路不參與干涉的背向回光。為了解決這個問題，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鏡共用的結構。圖3即為該文章中呈現的結構方式，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鏡（FRM）相連，偏振分束器（PBS）的偏振分光端c和g連在Sagnac環中。分束器的工作特性為：當光從合波端口（光纖）d輸入時，光被分成兩個相互垂直的偏振態，分別沿著分波端口（光纖）c和g的工作軸輸出，因而當從合波端輸入的光僅有與分解偏振態相應的一個偏振模式時，將僅從相應的分波端口輸出，另一個分波端口沒有光輸出。在該結構中，從端口c輸入的光，由端口d輸出，經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于從端口d輸出的光的偏振，旋轉了90度，因而，光經端口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并沒有輸出光，反之亦然，因而，這種結構消除了利用耦合器構成延遲線引入的不參與干涉的光路，僅存在兩路相互干涉的光，但是，由于單模光纖的存在，最終相遇發生干涉時的兩路光，無法具有一致的偏振態，因而僅僅是部分相干，仍存在一部分不相互干涉的光，成為背景光，減弱了條紋清晰度，影響到測試的效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本低、測試靈敏度高的具有全保偏功能的干涉光路結構。