[发明专利]提高单芯反馈式光纤传感技术监测距离的方法及光纤干涉结构

权利要求书

1.一种提高单芯反馈式光纤传感技术监测距离的方法，其特征在于具体步骤为：在一个共同的光纤干涉组件上接入两个相互独立的光纤，这两根光纤共享光纤干涉组件中的光路，使每根光纤及其尾端的反馈装置同光纤干涉组件分别构成完整的干涉结构，这两个干涉结构形成的干涉信号都从干涉组件的共同端口输出；在其中一根光纤上串接一相位调制装置，从该相位调制装置给光路施加调制信号，通过调制信号的工作点的选择，使这一路光纤产生的干涉信号与另一路光纤产生的干涉信号分开。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述两个相互独立的光纤为第一光纤（1）和第二光纤（8），它们共用一个光纤干涉组件，在第二光纤（8）的光路上串接一相位调制装置（10），在该相位调制装置上施加正弦调制信号，第二光纤（8）的尾端有第二反馈装置（9）；第一光纤（1）的尾端有第一反馈装置（3）；光从光纤干涉组件（4）的端口输入，第一光纤（1）产生的干涉信号与第二光纤（8）产生的干涉信号都从光纤干涉组件的共同端口输出。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于通过施加在相位调制装置（8）上的调制信号工作点的选择将从光纤干涉组件共同端口输出的干涉信号分开，具体工作点的选择方法如下：

第一光纤（1）产生的干涉信号随干涉相位差变化部分                                                表示为：

                                            （4）

其中，是幅度，为常数，为干涉结构的初始相位，为由第一光纤（1）感应的外界信号产生的相位差；设调制器施加正弦载波信号，频率为，第二光纤（8）产生的干涉信号随干涉相位差变化部分表示为：

                     （5）

其中，是幅度，为常数，为干涉结构的初始相位，为由第一光纤（8）感应的外界信号产生的相位差；将用J_n阶贝塞尔函数展开，变为：

 （6）

上述各分量中，不考虑幅度变化，仅考虑频率分布，的频谱是在零频率附近；（N=1,3,5，…）是将的频谱从0频率处移到附近；（M=2,4,6，…）是将的频谱从0频率处移到附近；而干涉信号的频率成份分布在0频率附近，为了使这两个干涉干涉分开，首先使的阶贝塞尔函数分量为0，即有：

                          （7）

因此，取该函数的某零点即可；要彻底将干涉信号、分开，还需一阶贝塞尔函数分量的频率与没有交叠，这需要调制频率：

                       （8）

其中，、分别为和的最大频率；第一光纤（1）和第二光纤（8）感应的扰动信号性质相同， ，有：

                           （9）

干涉信号中干涉相位差使用传统的相位生成载波技术中的解调手段即可解调出来；干涉信号中干涉相位差采用通常的干涉相位差解调方法即可。

4.一种单芯反馈式光纤干涉结构，其特征在于是在一个共同的光纤干涉组件上接入两个相互独立的光纤组成，这两根相互独立的光纤共享光纤干涉组件中的光路，每根光纤及其尾端的反馈装置同光纤干涉组件皆可构成完整的干涉结构，这两个干涉结构形成的干涉信号都从干涉组件的共同端口输出；在其中一根光纤上串接一相位调制装置，从该相位调制装置给光路施加调制信号，通过调制信号的工作点的选择，使这一路光纤产生的干涉信号与另一路光纤产生的干涉信号分开。

5.根据权利要求4所述的单芯反馈式光纤干涉结构，其特征在于所述的两个相互独立的光纤为第一光纤（1）和第二光纤（8），它们共用一个光纤干涉组件（4），在第二光纤（8）的光路上串接一相位调制装置（10），在该相位调制装置上施加正弦调制信号，第二光纤（8）的尾端有第二反馈装置（9）；第一光纤（1）的尾端有第一反馈装置（3）；光从光纤干涉组件的端口输入，第一光纤（1）产生的干涉信号与第二光纤（8）产生的干涉信号都从光纤干涉组件的共同端口输出。

6.根据权利要求5所述的单芯反馈式光纤干涉结构，其特征在于所述的光纤干涉组件（11）由第一光纤分路器（12）、光纤延迟线（5）和第二光纤分路器（13）组成；其中，第一光纤分路器（12）是一N*M光纤分路器，N、M为整数，12a1、12a2、…12aN是第一光纤分路器（12）的N个同向端口，12b1、12b2属另一组同向端口； 第二光纤分路器（13）是一P*Q光纤分路器，P、Q为整数，13a1、13a2、…13aP是第二光纤分路器（13）的P个同向端口，13b1、13b2属另一组同向端口；端口12b1经光纤延迟线（5）与第二光纤分路器（13）的13b1端口相连，端口12b2与端口13b2相连；端口13a1与第一光纤（1）相连，第一光纤（1）的末端接第一反馈装置（3），端口13a2与另一路第二光纤（8）相连，在第二光纤（8）的路径上串接相位调制器（10），末端接第二反馈装置（9）；相位调制器（10）接第二光纤（8）的任意位置；

第一光纤（1）形成的一对干涉光路为： 

第一光路：12b1端口→光纤延迟线（5）→13b1端口→13a1端口→第一光纤（1）→第一反馈装置（3）→第一光纤（1）→13a1端口→13b2端口→12b2端口；

第二光路：12b2端口→13b2端口→13a1端口→第一光纤（1）→第一反馈装置（3）→第一光纤（1）→13a1端口→13b1端口→光纤延迟线（5）→12b1端口；

第二光纤（8）形成的一对干涉光路为：

第一光路：12b1端口→光纤延迟线（5）→13b1端口→13a2端口→第二光纤（8）→第二反馈装置（9）→第二光纤（8）→13a2端口→13b2端口→12b2端口；

第二光路：12b2端口→13b2端口→13a2端口→第二光纤（8）→第二反馈装置（9）→第二光纤（8）→13a2端口→13b1端口→光纤延迟线（5）→12b1端口；

 其中，箭头方向表光路走向。