[發(fā)明專利]一種測量光纖干涉信號的光電系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102607602A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 楊峰;毛文進
• 申請（專利權）人: 蘇州攀星光電科技有限公司
• 主分類號: G01D3/028
• 分類號: G01D3/028
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術，具體涉及一種測量光纖干涉信號的光電系統(tǒng)。

背景技術

本發(fā)明主要基于光學干涉原理。該光纖干涉系統(tǒng)是在同一光纖，即光學閉合回路中兩束沿正反方向傳播的來自同一激光源的光形成干涉。當光學閉合回路受到外界擾動時，沿正反方向傳播的光程將受到影響。盡管兩路光受到的影響是一樣的，這種影響到達探測器的時間卻不一樣。探測器上測到的干涉光強將受到影響，從而引起相應的變化響應。

以傳統(tǒng)的光學閉合回路干涉環(huán)為例，如圖1所示，激光器發(fā)出的光經2x2耦合器分順時針和逆時針兩個方向進入光學閉合回路，經過擾動信號感應光纖及2x2耦合器再匯合到探測器形成干涉信號。任何擾動施加到光學閉合回路上，都會引起傳播光的相位的變化Φ(t)，而這個變化到達探測器的時間差由擾動發(fā)生在光學閉合回路上的位置和光學閉合回路的長度決定。時間差越大，探測器探測到的干涉電流變化越大

I(t)＝I₀(2-2cos(ΔΦ(t)+Φ₀))，????(1)

上式中ΔΦ(t)＝Φ(t-t₁)-Φ(t-t₂)，L₁為光學閉合回路中擾動點順時針方向到2x2耦合器的距離，L₂為光學閉合回路中擾動點逆時針方向到2x2耦合器的距離，c為光在光纖中傳播的速度，I₀為無干涉時探測器從耦合器的一個輸出端接受到的光強，Φ₀是初始相位差，2x2耦合器將帶來π的相差，但是光纖中的雙折射效應也會影響到Φ₀。

當ΔΦ較小時，干涉光強的變化為

ΔI(t)≈2I₀sin(Φ₀)ΔΦ(t)+I0cos(Φ₀)(ΔΦ(t))²????(2)

由于2x2耦合器的特性，在不考慮光纖中的雙折射效應時Φ₀＝π，上式右邊的第一項消失，因此光學閉合回路中光纖干涉系統(tǒng)對微小擾動的響應是擾動的平方，而不是線性響應，較難觀測到干涉信號的變化。

該光學閉合回路通常用單模光纖作傳感光纖，光纖中的雙折射效應是不可避免的，這種雙折射效應將會影響Φ₀的值。光學閉合回路干涉環(huán)的這種特性使得其干涉信號的強弱也受組成光學閉合回路的光纖中的雙折射效應影響，會使光學閉合回路中的兩路相反方向的光經歷不同的光程，盡管它們重新匯合后仍然有相同的偏振態(tài)。光纖中的雙折射效應受安裝時光纖被扭曲曲率、溫度變化、施加于光纖上的壓力等因素的影響。所以既使相同的擾動施加于同樣的兩個系統(tǒng)，觀察到的信號強弱也不會相同。同一個系統(tǒng)在不同的時間，如在白天和在晚上，溫差使得相同的擾動也會測得不同強弱的信號。有時甚至觀察不到擾動信號。這將使得系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠地工作。

上述問題，是所有應用干涉原理的光纖系統(tǒng)都不可避免的問題；這些因素會造成光纖干涉信號不穩(wěn)定、信噪比變差、系統(tǒng)的漏報率及誤報率增高等一系列問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，而提供一種測量光纖干涉信號的光電探測系統(tǒng)，它具有光纖干涉信號強而且穩(wěn)定、信噪比得到明顯改善的優(yōu)點。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種測量光纖干涉信號的光電系統(tǒng)，包括激光光源、兩個光電探測器、三個隔離器、光纖耦合器、傳感光纖，其中光纖耦合器為多端口光纖耦合器且每邊的端口數(shù)不少于2個以及至少有一邊的端口數(shù)大于2個；激光光源、兩個光電探測器分別通過1個隔離器連接到光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與光纖耦合器另一邊中的兩個端口相連接以組成光學閉合回路；激光光源發(fā)出的激光經隔離器進入光纖耦合器，分順時針和逆時針兩個方向進入光學閉合回路，經過傳感光纖感受擾動信號后回到光纖耦合器形成干涉信號，分別通過隔離器由兩個光電探測器接收。

優(yōu)選的是，所述光纖耦合器是3x3光纖耦合器，分束比均為1∶1∶1。

優(yōu)選的是，所述光纖耦合器是3x2光纖耦合器，分束比為1∶1∶1和1∶1。

優(yōu)選的是，所述光纖耦合器是4x4光纖耦合器，分束比均為1∶1∶1∶1。

優(yōu)選的是，所述光纖耦合器是4x2光纖耦合器，分束比為1∶1∶1∶1和1∶1。

優(yōu)選的是，所述傳感光纖為單模光纖。

本發(fā)明的有益效果是：