[發(fā)明專利]一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110129501.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112781504B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王安幫;潘通;趙彤;張建國(guó);王云才;申志儒;栗修竹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

1.一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置，其特征在于：包括半導(dǎo)體激光器（1）、光纖耦合器Ⅰ（2）、光纖耦合器Ⅱ（4）、光纖反射鏡（5）、光電探測(cè)器（6）及頻譜分析裝置（7）；

所述半導(dǎo)體激光器（1）采用不帶隔離器的激光器，所述半導(dǎo)體激光器（1）、光纖耦合器Ⅰ（2）、光纖耦合器Ⅱ（4）、光纖反射鏡（5）均自帶尾纖；所述光電探測(cè)器（6）的一側(cè)設(shè)有尾纖；

所述光纖耦合器Ⅰ（2）的左右兩側(cè)各自固有兩根尾纖，分別為左尾纖A、左尾纖B、右尾纖C和右尾纖D，所述光纖耦合器Ⅱ（4）的左右兩側(cè)也各自固有兩根尾纖，分別為左尾纖E、左尾纖F、右尾纖G和右尾纖H，所有的尾纖均可作為輸入端或者輸出端，所述半導(dǎo)體激光器（1）通過(guò)其自帶的尾纖與光纖耦合器Ⅰ（2）的左尾纖A連接，所述光纖耦合器Ⅰ（2）的左尾纖B和右尾纖D在不測(cè)量時(shí)連接為一體，形成光纖環(huán)，測(cè)量時(shí)左尾纖B和右尾纖D之間通過(guò)待測(cè)光纖（3）連接，形成待測(cè)光纖環(huán)；所述光纖耦合器Ⅰ（2）的右尾纖C與光纖耦合器Ⅱ（4）的左尾纖E連接，所述光纖耦合器Ⅱ（4）的右尾纖G與光纖反射鏡（5）的尾纖連接、右尾纖H與光電探測(cè)器（6）的尾纖連接，所述光電探測(cè)器（6）的另一側(cè)通過(guò)傳輸線纜與頻譜分析裝置（7）連接；

所述光纖耦合器Ⅰ（2）的分光比為50:50；所述光纖耦合器Ⅱ（4）的分光情況為：右尾纖G到達(dá)光纖反射鏡（5）的光功率大于等于右尾纖H到達(dá)光電探測(cè)器（6）的光功率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置，其特征在于：所述光纖耦合器Ⅰ（2）和光纖耦合器Ⅱ（4）采用單模光纖耦合器或多模光纖耦合器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置，其特征在于：所述光纖耦合器Ⅱ（4）的右尾纖H和右尾纖G分光比為：1:99或10:90或20:80或30:70或40:60或50:50。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置，其特征在于：所有光學(xué)元器件的尾纖均為單模光纖或者多模光纖。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置，其特征在于：所述待測(cè)光纖（3）為單模光纖和多模光纖。

6.基于權(quán)利要求1所述的一種利用混沌激光延遲自干涉測(cè)量光纖長(zhǎng)度的裝置的光纖長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于：過(guò)程如下：

①首先將光纖耦合器Ⅰ（2）的左尾纖B和右尾纖D連接起來(lái)，形成光纖環(huán)，光纖耦合器Ⅱ（4）的左尾纖F懸空；半導(dǎo)體激光器（1）發(fā)出激光后從左尾纖A輸入光纖耦合器Ⅰ（2），光纖耦合器Ⅰ（2）輸出的光分為兩條支路，分別從右尾纖C和右尾纖D輸出，一條支路依次從右尾纖C及左尾纖E輸入光纖耦合器Ⅱ（4），另一條支路通過(guò)光纖環(huán)回到光纖耦合器Ⅰ（2）內(nèi)，并從光纖耦合器Ⅰ（2）的右尾纖C再次輸出至光纖耦合器Ⅱ（4），隨后光通過(guò)光纖耦合器Ⅱ（4）輸出分為兩路支路，分別從右尾纖G和右尾纖H輸出，右尾纖G中的光支路到達(dá)光纖反射鏡（5）后反射，再經(jīng)過(guò)光纖耦合器Ⅱ（4）從左尾纖E到達(dá)光纖耦合器Ⅰ（2），光從光纖耦合器Ⅰ（2）的左尾纖A及左尾纖B輸出，分為兩支路，其中一路直接回到半導(dǎo)體激光器（1），另一路經(jīng)過(guò)光纖環(huán)再次輸入光纖耦合器Ⅰ（2），并從左尾纖A輸出，也回到半導(dǎo)體激光器（1），使半導(dǎo)體激光器（1）產(chǎn)生混沌；

②所產(chǎn)生的混沌光輸入光纖耦合器Ⅰ（2）的左尾纖A，光纖耦合器Ⅰ（2）輸出的光分為兩條支路，分別從右尾纖C和右尾纖D輸出，一條支路依次從右尾纖C及左尾纖E輸入光纖耦合器Ⅱ（4），另一條支路通過(guò)光纖環(huán)回到光纖耦合器Ⅰ（2）內(nèi)，并從光纖耦合器Ⅰ（2）的右尾纖C再次輸出至光纖耦合器Ⅱ（4），隨后光從光纖耦合器Ⅱ（4）輸出又分為兩路支路，分別從右尾纖G和右尾纖H輸出，右尾纖H輸出的光與光電探測(cè)器（6）相連進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，之后光電探測(cè)器（6）與頻譜分析裝置（7）相連，探測(cè)并記錄此時(shí)的光纖環(huán)延遲自干涉周期頻率，所述光纖環(huán)延遲自干涉周期頻率為對(duì)應(yīng)頻譜每個(gè)向下峰的間隔頻率；

③將待測(cè)光纖（3）接入到光纖耦合器Ⅰ（2）的左尾纖B和右尾纖D之間，形成待測(cè)光纖環(huán)，然后半導(dǎo)體激光器（1）發(fā)出激光，光路沿著步驟①和②的路徑傳輸，最后頻譜分析裝置再次測(cè)量得出待測(cè)光纖環(huán)的延遲自干涉周期頻率；

④計(jì)算兩次延遲自干涉的周期差，通過(guò)以下公式換算得到待測(cè)光纖（3）的長(zhǎng)度：

其中，c為真空中的光速，單位m/s，v為介質(zhì)中的光速，單位m/s；折射率n為光在真空中的傳播速度與光在該介質(zhì)中的傳播速度之比；f₁光纖環(huán)本身延遲自干涉的周期頻率，單位Hz，T₁為光纖環(huán)本身對(duì)應(yīng)的光傳輸時(shí)間，單位為s，f₂為接入待測(cè)光纖（3）后延遲自干涉的周期頻率，單位Hz，T₂為接入待測(cè)光纖（3）后待測(cè)光纖環(huán)本身對(duì)應(yīng)的光傳輸時(shí)間，單位為s，L為待測(cè)光纖長(zhǎng)度，單位為m。