[發(fā)明專利]一種白光干涉方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210089118.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN102608770A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖倩;洪廣偉;賈波;林鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/28
• 分類號(hào): G02B27/28;G02B6/255;G02B6/27
• 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，具體涉及一種白光干涉方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

利用光纖無(wú)源器件構(gòu)造的干涉系統(tǒng)，廣泛的應(yīng)用于傳感、信號(hào)處理和光纖通信領(lǐng)域，是構(gòu)造各種高精度測(cè)量系統(tǒng)的基石。90年代初，以色列科學(xué)家Levin提出全光纖干涉系統(tǒng)，以光無(wú)源器件來(lái)替換以往干涉系統(tǒng)的透鏡等光學(xué)器件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、造價(jià)低廉、調(diào)試簡(jiǎn)便、以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其在測(cè)量低速方面體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，代表了光測(cè)技術(shù)的發(fā)展新方向。其結(jié)構(gòu)如圖4所示：?

傳統(tǒng)的離散光學(xué)干涉系統(tǒng)一般僅存在兩束等光程相干光束，相干光束在光電探測(cè)器輸出形成干涉條紋。然而，在Levin提出的全光纖干涉系統(tǒng)中采用耦合器作為分光、合光器件，使得系統(tǒng)輸出光束為四束光，除了兩個(gè)相干光束之外，還有兩個(gè)為了構(gòu)造白光干涉而引入的不等程非相干光束，在探測(cè)器中一并貢獻(xiàn)為直流分量，大大降低干涉條紋的對(duì)比度，特別是當(dāng)非相干光束光強(qiáng)不穩(wěn)定時(shí)，非相干光束光強(qiáng)在光電轉(zhuǎn)換中容易被誤認(rèn)為干涉條紋，導(dǎo)致相位解調(diào)錯(cuò)誤。為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種白光干涉方法及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，能夠消除非相干光，提高了條紋對(duì)比度，廣泛應(yīng)用于傳感測(cè)試系統(tǒng)中。

Levin提出的全光纖干涉系統(tǒng)，由激光器Laser、光電探測(cè)器PIN、耦合器coupler、延時(shí)光纖???????????????????????????????????????????????、準(zhǔn)直器Collimator和待測(cè)自由面Target。光纖干涉系統(tǒng)中存在兩條等光程相干光束和兩條不等光程非相干光束。兩束相干光中，第一條相干光的路線為：Laser3×3?耦合器M2×2?耦合器準(zhǔn)直器待測(cè)自由面準(zhǔn)直器3×3耦合器PIN;?第二條相干光的路線為：Laser3×3?耦合器2×2?耦合器準(zhǔn)直器待測(cè)自由面準(zhǔn)直器M3×3耦合器PIN。

而兩束非相關(guān)光中，第一條非相干光的路線為：Laser3×3?耦合器M2×2?耦合器準(zhǔn)直器待測(cè)自由面準(zhǔn)直器M3×3耦合器PIN;?第二條非相干光的路線為：Laser3×3?耦合器2×2?耦合器準(zhǔn)直器待測(cè)自由準(zhǔn)直器3×3耦合器PIN。這兩束不等程非相干光在探測(cè)器中一并貢獻(xiàn)為直流分量，大大降低干涉條紋的對(duì)比度，而本發(fā)明能完全消除原系統(tǒng)中的非相干光，提高干涉條紋對(duì)比度和系統(tǒng)信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高條紋對(duì)比度的白光干涉方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明使用光纖偏振分束器替代原有Levin干涉系統(tǒng)中的2×2耦合器，同時(shí)，結(jié)合法拉第旋轉(zhuǎn)器的作用，使返回偏振分束器的光僅從偏振分束器的一個(gè)分波端口輸出，使得到達(dá)探測(cè)器的光沒有非相干光束，因而消除使用耦合器時(shí)存在的非相干光束，提高了干涉條紋的對(duì)比度。

首先具體分析光收發(fā)裝置對(duì)光波偏振態(tài)的變化作用。無(wú)損耗（主要指偏振相關(guān)損耗）的線性光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，描述雙折射的瓊斯矩陣都可以寫作如下形式：

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

其中JXX，JYX?為偏振變換因子，一般為復(fù)數(shù)，上標(biāo)*代表取共軛，而且?。?

在光纖中，線雙折射的傳輸矩陣是：

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

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

圓雙折射的傳輸矩陣是：

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

其中，為右旋光、左旋光的傳播常數(shù)。

當(dāng)光收發(fā)裝置采用法拉第旋轉(zhuǎn)45°反射器連接平面鏡時(shí)，反射光經(jīng)過兩次法拉第旋轉(zhuǎn)45°反射器將偏振面旋轉(zhuǎn)。法拉第旋轉(zhuǎn)45°反射器瓊斯矩陣為：

平面鏡的瓊斯矩陣為：

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

此時(shí)采用矩陣表示瓊斯矩陣，則光收發(fā)的傳輸矩陣為：

（5）

可見此時(shí)雙折射被完全抵消。

總結(jié)結(jié)論：當(dāng)采用法拉第旋轉(zhuǎn)反射器45°加平面反射作為光收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)時(shí)能夠完全消除相位調(diào)制器中任何互易性的雙折射，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，同樣，法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡作為光收發(fā)裝置也具備上述特征。