[发明专利]一种光纤干涉仪臂长差的测量方法

说明书

本发明涉及一种基于光纤干涉仪臂长差测量装置的测量方法，主要解决现有利用光学干涉方法的测量系统稳定性不高及测量精度低的问题。本测量方法通过双光频梳在微波域进行干涉，并用频谱仪测量干涉信号，通过干涉信号一个周期内的带宽即可得到待测光纤干涉仪的臂长差，同时可通过改变光频梳的频率间隔来实现测量精度的变化，提高了测量精度和系统的稳定性，弥补了利用光学干涉的方法无法实现大臂长差测量的缺点，其工作流程简单，可推广性强。

技术领域

本发明涉及光纤传感器性能测试测量方法，特别是涉及一种光纤干涉仪臂长差的测量方法。

背景技术

光纤干涉仪以其优异的性能在光纤温度、振动传感、光纤水听器和量子密钥通信等领域有着广泛的应用。干涉仪两臂臂长差直接决定了上述测量和通信系统的测量灵敏度和通信速度，随着当代通信技术和传感器测量技术的快速发展，对干涉仪两臂臂长差的精确测量具有重要意义。

目前对光纤干涉仪两臂光纤长度差的测量主要有白光干涉法，相干光干涉条纹计数法和微波光子混频法等方法，白光干涉法通过对探测器扫描镜接收的各个白光干涉条纹峰值位置的精确计量，得到信号光在干涉仪两笔臂之间引入光程差，在转化得到臂长差，但其受限于扫描台的扫描范围，可测量的臂长差的长度较短；相干光干涉条纹计数法通过观察干涉条纹间距测量臂长差，实现起来相对困难；微波光子混频法将臂长差信号调制到光载微波相位上，解调相位来测量臂长差，能实现较高精度的测量，但是其结构复杂，成本较高。本发明提出了一种新的光纤干涉仪臂长差的测量方法，通过双光频梳在微波域进行干涉，并用频谱仪来测量干涉信号，通过干涉信号一个周期内的带宽就可以得到待测光纤干涉仪的臂长差。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提出一种新的光纤干涉仪臂长差的测量方法和装置，可通过改变光频梳的频率间隔来实现测量精度的变化，提高测量系统的稳定性，该测量系统的成本低，工作流程简单，测量范围广。

为解决上述技术问题本发明采用的的技术方案如下：本发明通过采用一种新的光纤干涉仪臂长差的测量装置，包括窄线宽激光器、保偏光纤耦合器、相位调制器、偏振态控制器、声光移频器、光纤耦合器、待测光纤干涉仪、光电探测器、频谱仪、信号处理及显示模块、微波信号发生器。所述窄线宽激光器输出的频率为f的光通过保偏光纤耦合器分成两路光路，光路1和光路2；光路1的光经过相位调制器，所述相位调制器上施加的调制信号的频率为f_m，调制信号由微波信号发生器提供，所述相位调制器输出光谱将出现以调制频率f_m为整数倍的一系列边带；同样的，光路2的光经过相位调制器，所述相位调制器上施加的调制信号的频率为f_m+f_c，调制信号由微波信号发生器提供，所述相位调制器输出光谱将出现以调制频率f_m+f_c为整数倍的一系列边带；所述相位调制器输出的光再经过声光移频器，所述声光移频器上加载的调制信号的频率为f_AOM，调制信号由微波信号发生器提供，所述相位调制器的输出光则经过移频器后，光路2光载波的频率变为f+f_AOM；所述光路1和光路2经过单模光纤耦合器后将产生拍频而形成光频率梳，所述光频率梳的频率间隔为f_c；如果所述光频率梳经过高速光电探测器直接探测，在频谱仪上观察到的就是射频频率梳；所述光路1中的偏振态控制器的作用是调节光路1的偏振态使光路1和光路2产生的干涉对比度最佳，从而提高两路信号拍频的效果。

所述待测光纤干涉仪可以是马赫曾德(M-Z))干涉仪的结构，也可以是迈克尔逊干涉仪的结构。

所述频率梳经过单模光纤耦合器后进入待测光纤干涉仪中，所述待测干涉仪将形成光频梳分成两路光频率梳，两路光频梳在待测干涉仪的输出端合路后发生光频梳中的干涉，该干涉信号就携带了待测干涉仪的臂长差信息。

为解决上述技术问题本发明采用的的技术方案，进一步阐述本发明采用的工作原理，具体测量原理如下：