[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

说明书

本发明涉及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，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等部件，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。所述的测量方法原理是：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。本发明的有益效果为：通过构成简单、成本低廉的测量装置及简便的测量方法和操作步骤能快速、准确获得被测非平衡光纤干涉仪的臂长差。

技术领域

本发明属于光纤传感设备技术领域，具体属于干涉型光纤传感系统中的参数检测设备，主要是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。

背景技术

光纤干涉仪是基于光学干涉现象的仪器，是一种重要的光纤传感器件，是光纤传感系统里不可或缺的核心部件之一。干涉现象是光学的基本现象，利用光纤实现光的干涉，是光干涉现象的重要应用。光路具有柔软、形状可随意变化、传输距离远、可适用于各种有强电磁干扰、易燃易爆等恶劣环境，从而可以构造出各种结构的干涉仪和许多功能器件，如光纤陀螺、光开关、光定位器件等，有广泛的应用前景。光纤干涉仪的干涉实现主要包括分光和合束两个过程。在光纤中，可以通过灵活设计使光在一处分开，然后以不同的方式在光纤中传播，最后在另一处合并，满足干涉条件就发生干涉现象。光纤干涉仪至少包含一个耦合器和两个光纤臂，其中一个光纤臂是信号臂，也称作感应臂或者传感臂，另一个光纤臂的是参考臂。光纤干涉仪主要传感原理为：被测信号作用于光纤干涉仪的信号臂引起臂长的改变，导致该信号臂内的光波相位发生变化，而光波相位改变会导致干涉后的输出光强相位发生变化，检测输出光强相位的变化就可以得到被测信号的信息。光纤干涉仪可以根据两臂臂长差是否相等分为平衡型和非平衡型两种，平衡型光纤干涉仪由于其零臂差结构可以有效减小噪声。但是在频率调制相位发生载波系统中，光纤干涉仪存在臂长差更有利于信号处理。目前，具有代表性的光纤干涉仪可以分为光纤法布里-珀罗干涉仪(Fabry-PerotInterferometer，FPT)、马赫-泽德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)、迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer，MI)和萨格纳克干涉仪(Sagnac Interferometer，SI)四种类型。

光纤干涉仪的感应臂和参考臂之间的臂长差决定了传感器的性能与灵敏度，因此，精确测量光纤干涉仪臂长差具有非常重要的意义。目前测量光纤干涉仪臂长差的方法主要包括电流调制和观察干涉仪条纹可见度法、白光干涉法、时域脉冲法、干涉仪干涉谱观测法、光载微波法等方法。这些方法及相应的测量装置的构成普遍过于复杂，实现成本过高，动态范围有限，操作步骤繁琐。个别方法仅限于实验室应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供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，能够快速、简便、准确得到非平衡光纤干涉仪的臂长差值。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。所述的采用比较法的非平衡光纤干涉仪臂长差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等部件，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，范围通常处在100nm～3000nm范围内，功率范围通常处在100mW以内，线宽通常优于10kHz，激光器不可调谐，且具有高稳定性，能受上位机控制，激光器光信号的波长不需要知道，具备一个光信号输出接口。