[发明专利]一种白光干涉方法及其实现系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种白光干涉方法及其实现系统。

背景技术

利用光纤无源器件构造的干涉系统，广泛的应用于传感、信号处理和光纤通信领域，是构造各种高精度测量系统的基石。90年代初，以色列科学家Levin提出全光纤干涉系统，以光无源器件来替换以往干涉系统的透镜等光学器件，具有结构紧凑、体积小巧、造价低廉、调试简便、以及抗干扰能力强等优点，尤其在测量低速方面体现出了明显的优势，代表了光测技术的发展新方向。其结构如图4所示： 

传统的离散光学干涉系统一般仅存在两束等光程相干光束，相干光束在光电探测器输出形成干涉条纹。然而，在Levin提出的全光纤干涉系统中采用耦合器作为分光、合光器件，使得系统输出光束为四束光，除了两个相干光束之外，还有两个为了构造白光干涉而引入的不等程非相干光束，在探测器中一并贡献为直流分量，大大降低干涉条纹的对比度，特别是当非相干光束光强不稳定时，非相干光束光强在光电转换中容易被误认为干涉条纹，导致相位解调错误。为了解决上述问题，本发明设计一种白光干涉方法及实现系统，能够消除非相干光，提高了条纹对比度，广泛应用于传感测试系统中。

Levin提出的全光纤干涉系统，由激光器Laser、光电探测器PIN、耦合器coupler、延时光纤                                               、准直器Collimator和待测自由面Target。光纤干涉系统中存在两条等光程相干光束和两条不等光程非相干光束。两束相干光中，第一条相干光的路线为：Laser3×3 耦合器M2×2 耦合器准直器待测自由面准直器3×3耦合器PIN; 第二条相干光的路线为：Laser3×3 耦合器2×2 耦合器准直器待测自由面准直器M3×3耦合器PIN。

而两束非相关光中，第一条非相干光的路线为：Laser3×3 耦合器M2×2 耦合器准直器待测自由面准直器M3×3耦合器PIN; 第二条非相干光的路线为：Laser3×3 耦合器2×2 耦合器准直器待测自由准直器3×3耦合器PIN。这两束不等程非相干光在探测器中一并贡献为直流分量，大大降低干涉条纹的对比度，而本发明能完全消除原系统中的非相干光，提高干涉条纹对比度和系统信噪比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高条纹对比度的白光干涉方法及其实现系统。

本发明使用光纤偏振分束器替代原有Levin干涉系统中的2×2耦合器，同时，结合法拉第旋转器的作用，使返回偏振分束器的光仅从偏振分束器的一个分波端口输出，使得到达探测器的光没有非相干光束，因而消除使用耦合器时存在的非相干光束，提高了干涉条纹的对比度。

首先具体分析光收发装置对光波偏振态的变化作用。无损耗（主要指偏振相关损耗）的线性光学元件组成的光学系统，描述双折射的琼斯矩阵都可以写作如下形式：

                                          （1）

其中JXX，JYX 为偏振变换因子，一般为复数，上标*代表取共轭，而且 。 

在光纤中，线双折射的传输矩阵是：

                                          （2）

其中，光波在两个正交偏振方向上的传播常数，z为光纤的长度（此处假定所选择坐标方向与双折射快慢轴重合）。

圆双折射的传输矩阵是：

                                      （3）

其中，为右旋光、左旋光的传播常数。

当光收发装置采用法拉第旋转45°反射器连接平面镜时，反射光经过两次法拉第旋转45°反射器将偏振面旋转。法拉第旋转45°反射器琼斯矩阵为：

平面镜的琼斯矩阵为：

                                           （4）

此时采用矩阵表示琼斯矩阵，则光收发的传输矩阵为：

（5）

可见此时双折射被完全抵消。

总结结论：当采用法拉第旋转反射器45°加平面反射作为光收发装置的结构时能够完全消除相位调制器中任何互易性的双折射，系统抗干扰能力强，同样，法拉第旋转反射镜作为光收发装置也具备上述特征。