[发明专利]一种具有调制误差自消除功能的多步移相相位检测方法

权利要求书

1.一种具有调制误差自消除功能的多步移相相位检测方法，应用于多步移相相位检测装置，其特征在于，所述多步移相相位检测装置包括激光光源(1)、隔离器(2)、相位调制器(3)、环形器(4)、2×2耦合器(5)、参考臂(6)、信号臂(7)、法拉第旋光镜(8)、第一光电转换器(9-1)、第二光电转换器(9-2)、数据采集模块(10)、数据处理模块(11)和微振动台(12)，其中激光光源(1)、隔离器(2)、相位调制器(3)、环形器(4)和2×2耦合器(5)通过光纤依次连接，所述参考臂(6)的长度l₁小于所述信号臂(7)的长度l₂，所述参考臂(6)和所述信号臂(7)均放置在微振动台(12)上，且末端均连接有法拉第旋光镜(8)，数据处理模块(11)与相位调制器(3)连接，所述环形器(4)的端口(4-3)通过光纤与所述第一光电转换器(9-1)连接，所述2×2耦合器(5)的端口(5-4)通过光纤与第二光电转换器(9-2)连接，数据采集模块(10)分别与第一光电转换器(9-1)、第二光电转换器(9-2)和数据处理模块(11)连接，所述方法包括如下步骤：

步骤1.打开所述激光光源(1)和微振动台(12)，激光光源(1)发出的光依次经过隔离器(2)和相位调制器(3)，形成经相位调制的激光光束，所述经相位调制的激光光束的激光复振幅E(t)为：

其中，A₀为幅度，v表示光源中心频率，为相位调制器(3)的矩形脉冲二元相位调制信号，

其中k为整数，T为矩形脉冲二元相位调制信号的周期，τ_p为矩形脉冲二元相位调制信号的脉冲宽度，满足τ_p≤T/3；

步骤2.所述经相位调制的激光光束依次经过环形器(4)和2×2耦合器(5)，同时进入参考臂(6)和信号臂(7)，经法拉第旋光镜(8)反射后，在2×2耦合器(5)产生干涉光，部分干涉光经2×2耦合器(5)的端口(5-1)返回至环形器(4)，由环形器的端口(4-3)输出第一干涉光强信号I₁(t)至第一光电转换器(9-1)，并由所述第一光电转换器(9-1)并转换为第一电信号输出至数据采集模块(10)；另一部分干涉光直接从2×2耦合器(5)的端口(5-4)输出第二干涉光强信号I₂(t)至第二光电转换器(9-2)，并由第二光电转换器(9-2)转换为第二电信号输出至数据采集模块(10)，第一干涉光强信号I₁(t)和第二干涉光强信号I₂(t)如下式所示：

其中，A为直流项，B为振幅项；τ为经相位调制的激光光束在经过参考臂(6)和信号臂(7)产生的延时，满足τ＝2nΔl/c，其中n为光纤介质折射率，c为光在真空中传播速度，τ＝τ_p，k为整数；

步骤3.所述数据采集模块(10)采集所述第一电信号和所述第二电信号，通过分别标定第一干涉光强信号I₁(t)和第二干涉光强信号I₂(t)与矩形脉冲二元相位调制信号的延时，获得所述第一干涉光强信号I₁(t)对应的三个多步移相信号I₁₁(t),I₁₂(t),I₁₃(t)和所述第二干涉光强信号I₂(t)对应的三个多步移相信号I₂₁(t),I₂₂(t),I₂₃(t)，具体如下式所示：

步骤4.数据处理模块(11)通过对获取的I₁₂(t)和I₂₁(t)进行互相关运算，调整输出到相位调制器(3)的驱动电压以使得多步移相信号I₁₂(t)和多步移相信号I₂₁(t)之间的相位延时量为0，并将所述第一干涉光强信号I₁(t)对应的三个多步移相信号I₁₁(t),I₁₂(t),I₁₃(t)和所述第二干涉光强信号I₂(t)对应的三个多步移相信号I₂₁(t),I₂₂(t),I₂₃(t)组合为如下式所示的多步移相干涉光强信号I_a(t),I_b(t),I_c(t),I_d(t),I_e(t)：

根据多步移相算法，解得：

随后去除θ(t)的初始相，即可解调出连续的振动信号