[發明專利]基于相位斜率確定單色頻率干涉級次的低相干干涉解調方法

有效

• 申請號: 201210334925.0
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102889900A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 江俊峰;劉鐵根;王少華;劉琨;王雙;尹金德;孟祥娥;吳凡;秦尊琪;李定杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02F2/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，特別是涉及低相干干涉技術中的一種單色頻率干涉級次的確定方法。

背景技術

針對低相干干涉條紋的解調，人們提出了許多種不同的信號處理方法，大多可以歸為以下三類：干涉包絡峰值探測法，相位峰值或波峰級次確定法，和空間頻域算法。

例如：G.S.Kino，S.S.C.Chim和P.Sandoz等人分別將Fourier,Hilbert和Wavelet變換技術應用到低相干干涉中用于提取干涉包絡，通過包絡峰值實現解調(G.S.Kino,and?S.S.C.Chim,Applied?optics?29,3775-3783(1990);S.S.C.Chim,and?G.S.Kino,Applied?optics?31,2550-2553(1992);P.Sandoz,Optics?Letters?22,1065-1067(1997).)。

1996年，K.G.Larkin將相移技術引入到低相干干涉信號處理中(K.G.Larkin,JOSA?A?13,832-843(1996).)，通過相移法提取出干涉包絡；1997年，P.Sandoz等人通過結合低相干干涉信息和相移技術構造了一個階梯函數用于確定波峰級次，實現高精度解調(P.Sandoz,R.Devillers,and?A.Plata,Journal?of?modern?optics?44,519-534(1997).)；2000年，A.Harasaki等人提出了一種逐次比較算法，通過比較包絡解調結果和相位解調結果來消除相位的2π的不確定性(A.Harasaki,J.Schmit,and?J.C.Wyant,Applied?optics?39,2107-2115(2000).)。

1995年，de?Groot等人首先提出了空間頻域算法(SFD)(P.de?Groot,and?L.Deck,Journal?of?modern?optics?42,389-401(1995).)，并于2002年提出改進型SFD算法(P.De?Groot,X.Colonna?de?Lega,J.Kramer,and?M.Turzhitsky，Applied?optics?41,4571-4578(2002).)。SFD算法直接通過相位斜率進行解調，精度較低；改進型SFD算法通過提取寬帶光源中的一個單色頻率并恢復出其絕對相位以實現解調，這種方法在理論上能夠達到激光干涉的精度而沒有相位模糊的問題。但是，改進型的SFD算法在單色頻率干涉級次的確定上主要依賴實際處理中獲得的經驗參數，需要進行復雜的相位偏置分析，來補償由于雙折射光楔的色散等因素導致的相位漂移，如果不能對相位漂移進行較好地估測就會出現干涉級次的誤判，進而出現偽階越誤差，限制了方法的應用。

發明內容

基于上述現有技術存在的問題，本發明提出了一種基于相位斜率確定單色頻率干涉級次的低相干干涉解調方法，利用簡單、有效的標定處理方法，通過建立相位斜率和某一特定單色頻率絕對相位之間的標定關系，實現了利用低精度的相位斜率確定單色頻率的干涉級次。

本發明提出了一種基于相位斜率確定單色頻率干涉級次的低相干干涉解調方法，其特征在于，利用低精度的相位斜率和一個標定函數來估測一個特定單色頻率的絕對相位，然后通過估測的絕對相位和Fourier變換得到的該單色頻率的相對相位之間的相位差來確定其干涉級次，恢復出該單色頻率的絕對相位用于低相干干涉解調，該方法包括以下步驟：

步驟（1）、進行標定實驗，確定標定函數，實驗中控制大氣壓強以一定的壓強間隔單調遞增，壓強范圍覆蓋全部測量范圍，壓強間隔的選取需滿足：壓強間隔變化引起的相位變化量不超過π/2，具體包括以下三個步驟：

隨著大氣壓強的單調遞增變化，分別獲得相位斜率數組σ_i和對應的特定單色頻率Ω_k的相對相位數組φ_i(Ω_k)，其中，相對相位數組φ(Ω_k)通過Fourier變換得到，i為壓強變化序列號(i＝1,2,...N)，起始壓強對應數組序列號1，終止壓強對應數組序列號N；

對相對相位數組φ_i(Ω_k)按照下面的遞歸表達式進行相位展開以獲得絕對相位數組

上式中，floor[]函數返回小于或等于括號中參量的最大整數；