[發明專利]基于無回波反饋延遲結構的白光干涉方法及其實現系統

無效

• 申請號: 201210007266.X
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102565949A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 洪廣偉;肖倩;賈波;林鵬
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27;G02B6/28
• 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，具體涉及一種基于無回波反饋延遲結構的白光干涉方法及其實現系統。

背景技術

利用光纖無源器件構造的干涉系統，廣泛的應用于傳感、信號處理和光纖通信領域，是構造各種高精度測量系統的基石。典型的干涉系統要求至少存在兩束相干光束，相干光束在光電探測器輸出形成干涉條紋，輸出信號中包含有直流分量和交流分量。然而，在全光纖干涉系統中，往往存在相干光束之外的非相干光，在探測器中一并貢獻為直流分量，大大降低干涉條紋的對比度。在發明專利申請號200410093482.6，實現了一種反饋延遲方法，并基于該方法構造全光纖干涉系統，此方法實現雙倍延遲，并很好的抵消了偏振態變化對干涉系統的影響。此外，構造的干涉系統還能夠有效的消除延遲線的分布式相位調制噪聲（交叉感染）問題，從本質上對延遲線進行了抗干擾屏蔽，干涉系統無需外界屏蔽，但卻存在大量的來自反饋元件的非相干光束。具體分析如下：

光纖通過長度為????????????????????????????????????????????????的光纖，產生的時延為為：

????????????????????????????????????????????????（1）

其中為光纖的有效折射率，而為光在真空的光速。

如果采用光反饋裝置，使得光波到達延遲線末端時折回，那么實際在光纖物理長度不變的情況下，取得了兩倍的時延效果。此時延時為：

???????????????????????????????????????????????????（2）

下面討論光反饋裝置對光波偏振態的變化作用。

無損耗（主要指偏振相關損耗）的線性光學元件組成的光學系統，描述雙折射傳輸特性的瓊斯矩陣都可以寫作如下形式：

?????????????????????????????????????????（3）

其中JXX，JYX?為偏振變換因子，一般為復數，上標*代表取共軛，而且?。?

在光纖中，線雙折射的傳輸矩陣：

??????????????????????????????????????????????（4）

其中，光波在兩個正交偏振方向上的傳播常數，z為光纖的長度（此處假定所選擇坐標方向與雙折射快慢軸重合）。

圓雙折射的傳輸矩陣是：

??????????????????????????????????????????（5）

其中，為右旋光、左旋光的傳播常數。

當光波反饋裝置采用法拉第旋轉反射鏡，將偏振面旋轉，此時法拉第旋轉發射鏡的傳輸矩陣為：

?????????????????????????????????????????????（6）

此時采用矩陣表示瓊斯矩陣，則反饋光路的傳輸矩陣為：

????????（7）

可見此時雙折射被完全抵消。當采用法拉第旋轉反射鏡作為光反饋裝置時，能夠完全消除相位調制器中任何互易性的雙折射，系統抗干擾能力強，同樣，法拉第旋轉反射器45°平面反饋裝置的結構也具備上述特征。

使用反饋延遲結構構造的全光纖干涉系統中，假設光纖延遲線相位變化函數為，為被測信息調制的相位，那么順時針，逆時針方向傳播的光相位分別為：

?????????????????????????????????????????（8）

?????????????????????????????????????（9）

實際相位差為：

???????????????????????????????????（10）

其中β是光纖的傳輸常數，可見此過程中延遲線引入相位干擾被完全抵消。

專利200410093482.6提及的白光干涉方法及系統不僅可以解決隨機干擾引起的偏振態變化問題，而且能夠可以防止光纖延遲線引入的交叉感染。然而，由于使用耦合器作為分光合光器件設計的反饋結構，使得更多直流光直接反饋后到達探測器，形成了回波直流，使得干涉系統的出現了大量非相干光束，影響了干涉條紋的清晰度，降低了信噪比。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高條紋對比度的，無回波反饋延遲結構的白光干涉方法及其實現系統。