[發明專利]一種利用偏振編碼抑制背向散射的全光纖干涉方法

有效

• 申請號: 202010050643.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111238549B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 吳媛;郭進先
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 陳艷娟

本發明提出了一種利用偏振編碼抑制背向散射的全光纖干涉方法，利用偏振編碼技術，使得相干射的兩束光波偏振垂直且等光程傳播，而干涉光路中的背向散射光不等光程傳播。結合低相干干涉技術，達到有效光干涉的同時背向散射光無法干涉的目的，實現具有背向散射抑制特性的全光纖干涉方法。本發明裝置包括信號發射模塊、相位調制模塊及干涉測量模塊。其中，信號發射模塊，產生偏振正交的兩束光波；相位調制模塊，實現偏振正交光波的等光程傳輸，而寄生背向散射光的不等光程傳輸；干涉測量模塊，實現等光程干涉。與傳統全光纖干涉相比，本發明方法及裝置通過偏振編碼和低相干干涉技術，降低了背向散射的影響，實現長距離傳輸的高精度干涉測量。

技術領域

本發明涉及光學及精密測量技術領域，尤其涉及一種全新的利用偏振編碼抑制背向散射的全光纖干涉方法。

背景技術

分布式光纖傳感以其壽命長、靈敏度高、耐高壓、抗電磁干擾好、系統簡單等優點被廣泛用于周界預警、油管檢測等領域。然而，在實現超長距離的光纖傳感時，由于受到光路損耗限制，有效光隨著傳感距離增加呈指數衰減。此外，由于光路中光纖和器件的非理想性，部分光與光纖中的自由振蕩的分子、原子等微粒相互作用，產生背向散(反)射光。該背向散(反)射累積形成的寄生光隨著傳感距離增加而增加，并與有效光一起采集。一方面，由于寄生光沒有攜帶有效信息，寄生光的出現降低干涉條紋對比度，影響系統性能。另一方面，由于寄生光與有效光具有相同的偏振及波長特性，使得有效光與其寄生的背向散射光的有效分離成為長距離光纖傳感研究的難點。

發明內容

本發明提供了一種利用偏振編碼抑制背向散射的全光纖干涉方法，旨在解決現有長距離光纖傳感測量技術中，由于光路中的損耗以及傳感光纖中累積的背向散射，導致系統信噪比降低，限制測量靈敏度的問題。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種利用偏振編碼抑制背向散射的全光纖干涉方法。具體如下：

1.利用偏振特性對光束進行編碼，實現偏振垂直的兩束光波(x-偏振光和y-偏振光)同路徑傳輸的同時，干涉光路中背向散射光(x-偏振光的寄生背向散射光和y-偏振光的寄生背向散射光)同路徑但不等光程傳播。

所述x-偏振光沿延時保偏光纖和傳感保偏光纖傳輸，并在法拉第旋轉鏡反射后變為y-偏振光繼續沿著傳感保偏光纖傳輸；所述y-偏振光沿著傳感保偏光纖傳輸，并在法拉第旋轉鏡反射后變為x-偏振光繼續沿著傳感保偏光纖和延時保偏光纖傳輸。當外界物理場作用在傳感保偏光纖時，由于延時保偏光纖的存在，使得x-偏振光和y-偏振光通過同一物理場的時間不同，實現同一物理場對x-偏振光和y-偏振光不同的相位調制。

所述x-偏振光的寄生背向散射光沿著延時保偏光纖和傳感保偏光纖傳輸時，若未到達法拉第旋轉鏡而被傳感保偏光纖中的散射點反射時，將以x-偏振繼續沿著延時保偏光纖和傳感保偏光纖傳輸；若達到法拉第旋轉鏡后，繼續沿著傳感保偏光纖傳播時被散射點反射，也將繼續以x-偏振繼續沿著延時保偏光纖和傳感保偏光纖傳輸；所述y-偏振光的寄生背向散射光沿著傳感保偏光纖傳輸時，未到達法拉第旋轉鏡而被傳感保偏光纖中的散射點反射，并以y-偏振繼續沿著傳感保偏光纖傳輸。當外界物理場作用在傳感保偏光纖時，x-偏振光的寄生背向散射和y-偏振光的寄生背向散射受到同一物理場的相位調制。

2.利用低相干干涉技術，即等光程干涉技術，實現相位測量。

由以上分析可知，x-偏振光和y-偏振光的光程均為n_xL_τ+n_yL+n_xL。其中，n_x和n_y分別為x-偏振光和y-偏振光在保偏光纖中的折射率；L_τ為保偏光纖延時線圈的長度；L為傳感保偏光纖的長度。因此，將y-偏振光轉換為x-偏振光，可以實現與原x-偏振光的等光程干涉，從而獲得相位信息。