[發明專利]一種共路雙波長正交相位解調系統

在審

• 申請號: 201910735404.8
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110440899A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 荊振國;彭偉;劉強;李昂;劉悅瑩;黃致遠;張楊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于光纖傳感技術領域，公開了一種共路雙波長正交相位解調系統，包括核心控制板、快速寬可調諧激光器、光纖環形器、雙光束干涉式光纖傳感器、光電探測器和計算機。所述核心控制板實現激光器輸出波長驅動和光電探測器數據的同步采集和傳輸。所述寬可調諧激光器，可以實現納秒量級的波長切換速度，兩個正交波長依次輸出，產生用于相位信號提取的兩路正交信號。該發明可以解決現有雙波長相位解調系統的三個主要問題：雙光路引起的功率不平衡和串擾，雙波長和腔長度之間的制約，干涉條紋的直流分量的消除。該共路雙波長正交相位解調系統通過快速波長切換，在一個光路中實現任意腔長的高速相位解調，可廣泛應用于高速振動傳感、聲傳感等領域。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，利用快速寬可調諧激光器，在一個光路中實現雙波長正交相位解調。

背景技術

聲學或振動信號的高性能動態傳感已得到廣泛應用，如無損檢測，過程控制和結構狀態監測。光纖傳感器由于其緊湊的結構，高靈敏度，抗電磁干擾，遠程監測和多路復用能力等特性，是一種有很大潛力的高速動態傳感器技術。干涉式光纖傳感器通常基于四種基本結構：光纖Mach-Zehnder干涉儀，光纖邁克爾遜干涉儀，光纖Sagnac干涉儀和光纖法布里-珀羅干涉儀。其中非本征法布里-珀羅干涉傳感傳感器(EFPI)由于具有結構簡單，體積小，穩定性高等優勢得到了廣泛的應用。從EFPI傳感器的輸出干涉光中提取目標動態信號的解調技術是當前研究的關鍵點之一。主流解調方案可以分類為強度解調和相位解調。使用最為廣泛的是強度解調方法，輸出波長固定在正交點(Q點)，以確保最大的靈敏度和線性度。然而，Q點可能會因為環境溫度或背景壓力變化產生大的漂移，從而使檢測到的信號失真，一般需要反饋控制和復雜調的諧機制。而且強度解調法的動態范圍很小。相位解調方法可以解決強度解調方法的缺點。白光干涉解調方法通常通過使用寬帶光源和光譜分析儀(OSA)。通過互相關算法或快速傅立葉變換，可以從頻譜中解調絕對腔長。通常具有高精度和大動態范圍，但系統成本高，測量速度慢，難以勝任高速動態信號的解調。而雙波長正交相位解調技術因其高頻響應，高靈敏度和大動態范圍的特性被認為是最實用的解調方法之一。

大多數現有的雙波長正交解調方法使用兩個激光器或兩個光電探測器，兩個光路之間極易產生光功率的不平衡。不平衡源自環境溫度或壓力擾動，光源波動，兩個光電探測器的不同響應度和不同背景噪聲引起的光程差。為了獲得兩個正交信號，兩個波長需要滿足正交條件，從而限制EFPI腔的長度。近年來，已經報道了直流補償或估算法來解決EFPI腔長度和兩個工作波長之間的限制。兩個固定波長用于詢問具有任何腔長度的EFPI。但這種方法同時會引入額外的估計誤差或靈敏度損失。到目前為止，仍然缺乏通用的高性能解調技術。

快速寬可調諧激光器，如Vernier調諧的分布式布拉格反射器(Vernier tuneddistributed Bragg reflector，VT-DBR)激光器最初是為電信應用而開發的。它們是最有前途的波長可調諧激光器之一，具有大波長調諧范圍(>40nm)，高側模抑制比(SMSR)(>40dB)，快速波長切換速度(<20ns)和高輸出功率(>10dBm)。除了電信領域，它們還被用于光學相干斷層掃描(OCT)和激光雷達應用。它們可以實現高速波長切換，線性掃描和窄線寬輸出，這在很多光纖傳感應用中非常有價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種高度靈活、通用的雙光束干涉式光纖傳感器的高速動態解調系統。

本發明的技術方案：

一種共路雙波長正交相位解調系統，包括核心控制板1、快速寬可調諧激光器2、光纖環形器3、雙光束干涉式光纖傳感器4、光電探測器5和信號處理單元6；