[发明专利]一种采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于：所述的测量装置主要包含激光器、信号生成器、光纤拉伸器、标准非平衡光纤干涉仪、光信号接收及处理器、被测非平衡光纤干涉仪，激光器连接到光纤拉伸器的光纤输入接口，信号生成器连接到光纤拉伸器的电信号接口，光纤拉伸器的光纤输出接口经过切换开关连接到标准非平衡光纤干涉仪或者被测非平衡光纤干涉仪的光纤输入接口，标准非平衡光纤干涉仪或者被测非平衡光纤干涉仪的光纤输出接口经过切换开关连接到光信号接收及处理器；所述的光信号接收器用于将接收到的非平衡光纤干涉仪的干涉光强信号转化成电信号，并将电信号输送到控制及处理器中；光信号接收器通过切换开关分别在标准非平衡光纤干涉仪和被测非平衡光纤干涉仪之间切换连接；所述的控制及处理器用于控制激光器和信号生成器分别产生光信号和电信号，实时监测光纤拉伸器上的交流电信号电压幅值，实时接收光信号接收器的电信号，并进行观察、分析、计算，得到被测非平衡光纤干涉仪的臂长差值。

2.根据权利要求1所述的采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于：所述的激光器是能连续产生具有一定波长、功率、线宽的光信号的模块器件，激光器输出光信号的波长是固定且单一的，范围处在100nm～3000nm范围内，功率范围处在100mW以内，线宽优于10kHz，激光器不可调谐，且具有高稳定性，能受上位机控制，激光器光具备一个光信号输出接口。

3.根据权利要求1所述的采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于：所述的信号生成器能连续产生具有一定频率及功率的交流电信号的模块器件，交流电信号的频率必须是固定且单一的，谐波成分不大于1%；交流电信号频率范围处在100kHz以内，功率不大于100W；信号生成器具有信号放大功能，能受到上位机控制，信号生成器产生的交流电信号电压能实时测量获知。

4.根据权利要求1所述的采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于：所述的光纤拉伸器是主要由压电陶瓷圆管和光纤组成，光纤紧密缠绕在压电陶瓷圆管的外壁上，压电陶瓷圆管的内外壁有电极层，且经过极化，具备受交流电信号驱动而产生振动的能力；具有一个电信号接口、一个光纤输入接口、一个光纤输出接口，压电陶瓷圆管振动时带动缠绕其上的光纤长度产生拉伸变化；光纤拉伸器的拉伸系数不需要知道，输入到光纤拉伸器上的交流电信号频率和幅值能随时测量；在光传播路径上，光纤拉伸器必须连接在激光器和非平衡光纤干涉仪之间，光纤拉伸器接在激光器之后，在非平衡光纤干涉仪之前；光纤拉伸器通过切换开关分别在标准非平衡光纤干涉仪和被测非平衡光纤干涉仪之间切换连接。

5.一种采用如权利要求1所述的采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置的测量方法，其特征在于：所述的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置中，非平衡光纤干涉仪的输入光信号收到光纤拉伸器的载波调制，造成非平衡光纤干涉仪的输出光信号也即干涉光的相位产生变化；利用干涉光相位调制幅度恒定不变条件下，非平衡光纤干涉仪臂长差与交流电信号电压成反比的关系，结合已知的标准非平衡光纤干涉仪臂长差，得到未知的被测非平衡光纤干涉仪臂长差。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：测量过程主要包含四大步骤：

第一步，控制激光器产生光信号；

第二步，将光纤拉伸器连接到标准非平衡光纤干涉仪，调整电信号生成器的交流电信号电压，施加到光纤拉伸器上，使得光纤拉伸器对标准非平衡光纤干涉仪产生整数倍的干涉光相位调制幅度，同时测量电信号生成器的交流电信号电压；

第三步，将光纤拉伸器连接到被测非平衡光纤干涉仪，调整电信号生成器的交流电信号电压，施加到光纤拉伸器上，使得光纤拉伸器对被测非平衡光纤干涉仪产生与前一步骤同样整数倍的干涉光相位调制幅度，同时测量电信号生成器的交流电信号电压；

第四步，标准非平衡光纤干涉仪的臂长差与其交流电信号电压幅度值乘积等于被测非平衡光纤干涉仪的臂长差与其交流电信号电压幅度值乘积，其中，包括标准非平衡光纤干涉仪的臂长差及其交流电信号电压幅度值、被测非平衡光纤干涉仪的交流电信号电压幅度值的三个参数是已知的，利用计算公式得到被测非平衡光纤干涉仪臂长差；

用于计算被测非平衡光纤干涉仪臂长差的公式为，其中，△l₀、△l分别为标准非平衡光纤干涉仪和被测非平衡光纤干涉仪的臂长差；U₀、U分别为连接标准非平衡光纤干涉仪和被测非平衡光纤干涉仪时的电信号产生器的交流电信号电压值。