專利名稱：一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法及系統(tǒng)，屬于光纖傳感與光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域中，基于干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)己成為物理量檢測(cè)中精度最高的系統(tǒng) 之一，其中基于低相干測(cè)量原理的干涉測(cè)量系統(tǒng)已成為這一領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。 白光光源或?qū)捵V光源可統(tǒng)稱為低相干光源。使用低相干光源的干涉測(cè)量系統(tǒng)被稱為"白 光干涉儀"或者"低相干測(cè)量系統(tǒng)"。
對(duì)由光纖陣列構(gòu)成的可編程光纖延遲線延遲時(shí)間的測(cè)量，實(shí)際可轉(zhuǎn)換為測(cè)試不同光 纖傳輸路徑的相對(duì)長(zhǎng)度變化，現(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用的光纖長(zhǎng)度測(cè)試儀器是光時(shí)域反射 計(jì)(OTDR， Optical time domain reflectometer )。
OTDR是目前測(cè)量光纖長(zhǎng)度方法中最常用的方法之一，它根據(jù)背向瑞利散射和菲涅爾 反射理論而制成。當(dāng)光脈沖沿著光纖傳輸時(shí)，由于光纖本身的缺陷和摻雜成份的不均勻 性，光纖上的每一點(diǎn)均會(huì)產(chǎn)生瑞利散射，各處的瑞利散射的后向散射光不斷返回到光纖 的入射端；當(dāng)光纖中有幾何缺陷或者斷裂面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射。反射光以及散射 光中會(huì)有一部分進(jìn)入光纖的孔徑角從而返回到輸入端，而且反射信號(hào)比散射信號(hào)強(qiáng)得 多，通過(guò)在輸入端接收這部分信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理，就可以獲取光沿光 纖傳輸?shù)膿p耗信息以及光在光纖中的傳輸時(shí)間，從而得出光纖長(zhǎng)度。
OTDR通過(guò)測(cè)試光在光纖中的傳輸時(shí)間來(lái)工作，而OTDR的接收器從飽和到能進(jìn)行測(cè) 試需要一段時(shí)間，如果光纖長(zhǎng)度不足以讓光產(chǎn)生這么長(zhǎng)的傳輸時(shí)間，那么將無(wú)法根據(jù) OTDR方法來(lái)測(cè)量光纖長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，OTDR方法測(cè)量光纖長(zhǎng)度過(guò)程中存在一個(gè)盲區(qū)， 多模光纖的盲區(qū)較小，單模光纖的盲區(qū)較大。單模光纖的盲區(qū)相當(dāng)于100m左右的光纖長(zhǎng) 度。 一般地，OTDR的測(cè)試精度可以達(dá)到米的量級(jí)，測(cè)試范圍可達(dá)上百公里。
用OTDR方法還存在許多不可避免的誤差因素，包括儀器刻度誤差和分辨率誤差等固有誤差，光纖群折射率、后向散射損耗系數(shù)以及光纜成纜系數(shù)等參數(shù)設(shè)置所產(chǎn)生的計(jì)算 誤差。另外OTDR設(shè)備體積比較龐大，使用不便。
對(duì)于可編程光纖延遲量的測(cè)量，還可以采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的電測(cè)量方法，在測(cè)試 過(guò)程中，由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)產(chǎn)生一定頻率的微波信號(hào)，將此信號(hào)通過(guò)電光調(diào)制單元 (E/0)調(diào)制在光載波上，送入被測(cè)可編程光纖延遲模塊，被測(cè)可編程光纖延遲模塊在計(jì)算 機(jī)的控制下產(chǎn)生相應(yīng)的延遲時(shí)間，然后將經(jīng)過(guò)延時(shí)的微波信號(hào)通過(guò)光電解調(diào)單元(0/E)解 調(diào)后送回矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過(guò)測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的前向傳輸參數(shù)的相位，根據(jù)延遲時(shí)間變 化與相位變化的關(guān)系即可計(jì)算得到實(shí)際延遲時(shí)間。
可編程光纖延遲量的電測(cè)量方法雖然測(cè)量精度較高，但需要E/0和0/E轉(zhuǎn)換；另外， 該方法不是測(cè)量直接的光延時(shí)，而是測(cè)量電延時(shí)。這種方法較適合已經(jīng)封裝好的微波光 纖延遲線的延遲量的測(cè)量，不適合單獨(dú)的可編程光纖延遲模塊。
因此，在現(xiàn)有的可編程光纖延遲線延遲時(shí)間的測(cè)量技術(shù)中，存在測(cè)量精度較低、對(duì) 于部分范圍光纖長(zhǎng)度無(wú)法測(cè)量、測(cè)量設(shè)備較復(fù)雜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法及系統(tǒng)，以解決在現(xiàn)有的可編程光 纖延遲線延遲時(shí)間的測(cè)量技術(shù)中，存在測(cè)量精度較低、對(duì)于部分范圍光纖長(zhǎng)度無(wú)法測(cè) 量、測(cè)量設(shè)備較復(fù)雜的問(wèn)題。
一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法，包括
將等光強(qiáng)的兩路光中的第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖，調(diào)整第二路光的光程并使兩 路光產(chǎn)生干涉條紋，標(biāo)記所述干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置；
改變第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度，再次調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條 紋，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重合， 記錄第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；
根據(jù)所述第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和所述改變長(zhǎng)度的光纖的纖芯 折射率得到所述改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
一種光纖延遲量的低相干測(cè)量系統(tǒng)，包括 光源模塊，用于產(chǎn)生等光強(qiáng)的兩路光；
光纖延遲模塊，用于使第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖以及改變第一路光通過(guò)的光纖
的長(zhǎng)度；可變光路器件，用于調(diào)整第二路光的光程使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，并使第二次調(diào)整 過(guò)程中兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重合；
光路采集模塊，用于記錄第二路光在第一次調(diào)整過(guò)程中干涉條紋的零級(jí)中心條紋的 位置以及第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；
光路計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和所述改 變長(zhǎng)度的光纖的纖芯折射率得到所述改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供了將第二路光作為參考光路，并根據(jù)第二路光在調(diào)整過(guò) 程中的光程改變量并通過(guò)計(jì)算得到光纖延遲量的方法，可實(shí)現(xiàn)ps量級(jí)的光纖延遲量測(cè)量 以及pm量級(jí)的位移量測(cè)量，具有測(cè)量設(shè)備較簡(jiǎn)單、操作較方便且成本較低的特點(diǎn)。


圖l是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法的流程示意
圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的寬譜光源發(fā)生光纖楊氏干涉的原理示意圖； 圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的光開關(guān)控制的光纖陣列切換組成原理示意圖； 圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的可變光路器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的中心條紋判別示意圖6是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法的系統(tǒng)組成示 意圖7是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的一種光纖延遲量的低相干測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法的技術(shù)方案中， 首先將等光強(qiáng)的兩路光中的第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖，調(diào)整第二路光的光程并使兩 路光產(chǎn)生干涉條紋，標(biāo)記千涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置；然后改變第一路光通過(guò)的光 纖的長(zhǎng)度，再次調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋 的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重合，記錄第二路光在第二次調(diào)整 過(guò)程中的光程改變量；最后根據(jù)第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和改變長(zhǎng)度 的光纖的纖芯折射率得到改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。進(jìn)一步地，調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋包括通過(guò)調(diào)整可變光路器 件使第二路光通過(guò)可變光路器件的光程與第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖的光程相等。零 級(jí)中心條紋為兩路光所產(chǎn)生的所有干涉條紋中最亮的一條亮條紋。改變第一路光通過(guò)的 光纖的長(zhǎng)度包括調(diào)整光纖延遲模塊的光纖延遲量。改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量根據(jù)公式
Af = — =丄
計(jì)算得到，其中S表示第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量，c為真空中的光 速，m表示第一路光通過(guò)光纖的纖芯折射率，L表示光纖改變的長(zhǎng)度，Af表示JL對(duì)應(yīng)的延
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供了一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法作為較佳的實(shí)施方 式，但本發(fā)明除了用來(lái)測(cè)量光開關(guān)和光纖陣列組成的可編程光纖延遲模塊外，還可以用 來(lái)測(cè)量其它形式的帶尾纖的光延遲模塊，如光纖光柵延遲線、光波導(dǎo)延遲線等。如圖l所 示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
可以包括
步驟ll，將等光強(qiáng)的兩路光中的第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖，調(diào)整第二路光的光 程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，標(biāo)記干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置。
首先，由一個(gè)寬譜光源產(chǎn)生一路光，相應(yīng)的寬譜光源可采用中心波長(zhǎng)為1550，的 EDFA-TV系列摻鉺光纖放大器作為寬譜光源使用。光源主體部分是增益介質(zhì)摻鉺光纖和高 性能的泵浦激光器。獨(dú)特的ATC (自動(dòng)溫度控制)和APC(自動(dòng)功率控制)電路通過(guò)控 制泵浦激光器的輸出保證了輸出光功率的穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)節(jié)APC，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出 功率。功率放大器安裝在光發(fā)射機(jī)后面提升發(fā)射機(jī)輸出光功率，也可以在系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)使 用。可用于延長(zhǎng)信號(hào)傳輸距離，補(bǔ)償光功率分配帶來(lái)的損耗。該寬譜光源的特點(diǎn)是輸 出光功率高，噪聲指數(shù)低，工作波長(zhǎng)范圍寬，覆蓋整個(gè)C-band (1550nm窗口)，監(jiān)控接 口完善靈活，可靠性高，易于安裝維護(hù)。
如果發(fā)生干涉的兩束光是相干長(zhǎng)度很長(zhǎng)的單頻激光，則成像顯示卡上所成的條紋是 平行的干涉直條紋，明紋強(qiáng)度基本相等，無(wú)法判斷零級(jí)明條紋的具體位置。由于寬譜光 源的相干長(zhǎng)度很短， 一般不超過(guò)幾十微米，故出現(xiàn)雙光束干涉條紋的區(qū)域非常有限，通 過(guò)精確測(cè)量零光程差的位置，可精確測(cè)量所需的光纖長(zhǎng)度。寬譜光源產(chǎn)生的一路光通過(guò) 耦合器耦合成等光強(qiáng)的兩路光。
對(duì)于系統(tǒng)中采用的1550nm寬譜光源來(lái)說(shuō)，其波長(zhǎng)范圍在(1540-1560) nm，發(fā)生楊 氏雙光束干涉的明紋條件是5-"sin0-土;U，如圖2所示。因此能觀察到的光譜的級(jí)次可 由下式求得<formula>formula see original document page 8</formula>
因?yàn)榇斯庠醋V寬只有20nm，能觀察到的光譜級(jí)次與千涉條紋明紋的級(jí)次相當(dāng)。在具 體的干涉系統(tǒng)中，觀察不到這么多級(jí)次的干涉條紋，原因有三干涉光的強(qiáng)度較低，一 般是幾個(gè)毫瓦；光纖端面面積太小，故干涉場(chǎng)截面變??；紅外光經(jīng)顯示卡成像后又損失 一部分光強(qiáng)，丟失部分條紋。
對(duì)于寬譜光源發(fā)生的一路光，通過(guò)耦合器耦合成兩路等光強(qiáng)的光，相應(yīng)的耦合器可 以采用單模單窗寬帶耦合器，低損耗、低偏振敏感、寬頻帶、抗環(huán)境變化。工作波長(zhǎng) 1550nm，帶寬士40nm，耦合比為50:50，附加損耗50.10dB。
進(jìn)一步地，將第一路光通過(guò)光纖延遲模塊，光纖延遲模塊可采用光開關(guān)控制的光纖 陣列，又稱可編程光纖延遲模塊，如圖3所示，光開關(guān)控制的光纖陣列由多個(gè)光開關(guān)和光 纖依次排列組成，并可以通過(guò)開關(guān)控制光路通過(guò)的光纖的支路個(gè)數(shù)。第一路光第一次通 過(guò)光開關(guān)控制的光纖陣列時(shí)可選擇通過(guò)一個(gè)基準(zhǔn)長(zhǎng)度的光纖，而此時(shí)對(duì)于第二路光，可 以通過(guò)可變光路器件控制光程。
將第二路光通過(guò)可變光路器件，調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，相 應(yīng)的可變光路器件可采用一種連續(xù)可調(diào)MOEMS(Micro-opto-electro-mechanical system)結(jié) 構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)較大范圍改變的光纖長(zhǎng)度的匹配。如圖4所示，它有兩組直角反射鏡陣列，一 組位置固定，另一組設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)上，可以在移動(dòng)平臺(tái)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)位置改變。入射端 和出射端采用V形槽和微透鏡實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和光纖間的高效耦合，以減小耦合損耗。輸入光 信號(hào)透過(guò)微聚光準(zhǔn)直透鏡在固定直角反射鏡陣列和移動(dòng)直角反射鏡陣列之間形成多次反 射，最后經(jīng)出射端準(zhǔn)直透鏡進(jìn)入V形槽中的出射光纖輸出?？梢酝ㄟ^(guò)移動(dòng)平臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)兩組 直角反射鏡陣列之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)延遲的連續(xù)調(diào)諧。設(shè)固定直角反射鏡陣 列由iV(W- 2 , 3 , 4 , □,圖中JV- 3)個(gè)直角反射鏡組成，移動(dòng)直角反射鏡陣列有iV-l個(gè)直 角反射鏡，則在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，光信號(hào)共被反射4iV-2次，實(shí)現(xiàn)的最大連續(xù)調(diào)諧光時(shí)延r為
其中s為可移動(dòng)直角反射鏡陣列的最大軸向移動(dòng)距離，c為真空中的光速。MOEMS 可變光路器件可利用壓電陶瓷控制器或者步進(jìn)電機(jī)控制器控制平臺(tái)移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)反射 鏡的位置來(lái)改變光傳播的路徑長(zhǎng)度。按照如圖3設(shè)計(jì)的光開關(guān)及光纖陣列可在計(jì)算機(jī)的控 制下選擇4個(gè)不同的光通路，每個(gè)通路對(duì)應(yīng)的光纖長(zhǎng)度不同，本系統(tǒng)可以測(cè)量出其相對(duì)時(shí) 間延遲量。將各通道光開關(guān)引入的固有光程差設(shè)計(jì)為O，以提高測(cè)量精度。光開關(guān)采用速度較快的磁光開關(guān)或者電光開關(guān)均可。
根據(jù)干涉原理，當(dāng)滿足一定條件的兩束光疊加時(shí)，在疊加區(qū)域光的強(qiáng)度有穩(wěn)定的分 布，即形成干涉條紋。在本實(shí)施方式中光纖夾具用來(lái)保證兩根光纖緊挨且端面平行出 射，以滿足楊氏干涉的條件。用于干涉條紋成像的紅外顯示卡(IR Viewing Card)是采用紅 外(上轉(zhuǎn)換)發(fā)光材料研制成的紅外探測(cè)材料，這種材料能將各種不可見(jiàn)紅外波段光束轉(zhuǎn)換 成可見(jiàn)光。根據(jù)實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程的不同物理機(jī)制，可以把上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料分為吸收 型(Anti-stokes type)和存儲(chǔ)型(Charged type)兩大類。吸收型上轉(zhuǎn)換發(fā)光是基于多種機(jī)制的 光子加和的過(guò)程。存儲(chǔ)型上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是近年來(lái)隨著低能量、寬頻譜紅外光的探測(cè)、 成像、響應(yīng)、追蹤等應(yīng)用需求迅速發(fā)展起來(lái)的一類新型上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，它的突出特點(diǎn) 是紅外響應(yīng)光譜寬(800nm 1600nm)、量子轉(zhuǎn)換效率高、熱穩(wěn)定性好、具有常"光充 能"特性，即不需紫外線預(yù)激發(fā)就能在室溫下將紅外光(800nm 1600nm)直接轉(zhuǎn)換為 醒目的可見(jiàn)光。本實(shí)施例中所用的紅外顯示卡就是利用存儲(chǔ)型上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料制成的， 可將1550nm波段的紅外光轉(zhuǎn)換為綠光。本實(shí)施方式中采用的紅外顯示卡尺寸為一張信用 卡大小，包含一塊特殊的傳感區(qū)域，能輕松定位紅外光和其焦點(diǎn)位置，有3個(gè)敏感波長(zhǎng)范 圍790-840nm， 870-1070nm， 1500-1590nm。其傳感區(qū)為2.1"xl.2"，安裝在持久耐用的塑 料底板上，易于處理和攜帶，可探測(cè)射線低至lnw/cm2。隨時(shí)使用，不需要光充過(guò)程，沒(méi) 有有害反射。
最后，調(diào)整可變光路器件使第二路光通過(guò)的光程與第一路光通過(guò)基準(zhǔn)長(zhǎng)度的光纖的 光程相等，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，將兩路光所產(chǎn)生的所有干涉條紋中最亮的一條亮條 紋定義為零級(jí)中心條紋，記錄零級(jí)中心條紋的位置，該位置可以為中心位置也可以為兩 側(cè)的邊緣位置。
采用基于CCD的光纖干涉條紋測(cè)量技術(shù)，利用CCD攝像機(jī)獲取條紋圖像信號(hào)，進(jìn)行 圖像處理得到條紋的中心位置，以此中心位置作為測(cè)量的基準(zhǔn)，如圖5所示。
步驟12，改變第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度，再次調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn) 生干涉條紋，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位 置重合，記錄第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量。
首先，調(diào)整光纖延遲模塊，改變第一路光通過(guò)光開關(guān)控制的光纖陣列的光纖長(zhǎng)度， 此時(shí)兩路光的光程不同，產(chǎn)生干涉條紋的位置與原來(lái)位置相比發(fā)生了改變。然后，再次 調(diào)整可變光路器件使第二路光通過(guò)的光程與第一路光通過(guò)光纖延遲模塊的光程相等，產(chǎn) 生干涉條紋的位置變?yōu)榈谝淮握{(diào)整時(shí)的位置。最后，讀取可變光路器件在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量。本實(shí)施方式采用的可變光路器件能以刻度的形式直接給出其位移調(diào) 節(jié)量，另外再采用一個(gè)CCD攝像機(jī)將刻度照相并傳至計(jì)算機(jī)中，編寫相應(yīng)的軟件程序?qū)D 像中的數(shù)字和刻度線進(jìn)行識(shí)別，獲得本次測(cè)量過(guò)程中可變光路器件的真實(shí)位移量，并與 初始位移量相減后作為該通道延遲對(duì)應(yīng)的光程改變量。
步驟13，根據(jù)第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和改變長(zhǎng)度的光纖的纖芯 折射率得到改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量根據(jù)公式
'S w,丄 AZ = — =丄 c c
計(jì)算得到，其中S表示第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量，可由步驟12中讀 取的可變光路器件在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量得到， 表示第一路光通過(guò)光纖的纖 芯折射率，可根據(jù)光纖延遲模塊本身的性質(zhì)得到，丄表示光纖改變的長(zhǎng)度，Af表示Z對(duì)應(yīng) 的延遲量，c為真空中的光速。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
還提供了一種光纖延遲量的低相干測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明的具體 實(shí)施方式提供的一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，如圖6所 示，先將入射光耦合成兩路， 一條光路(即參考光路)上放入可變光路器件；在另一條 光路(即測(cè)量光路)上放入待檢驗(yàn)的光纖延遲模塊。測(cè)量前以可編程光纖延遲模塊的最 小延遲為基準(zhǔn)延遲，使兩路光波分別經(jīng)過(guò)相同的路程后相遇相干，在視場(chǎng)內(nèi)得到一套作 為基準(zhǔn)的雙光束干涉條紋，由于采用低相干光源，因其他級(jí)條紋隨波長(zhǎng)不同而位置不 同，而零級(jí)條紋的位置相同，故最亮的那一條就是零級(jí)中心條紋，定位其中心條紋的位 置。由于可編程光纖延遲模塊光纖長(zhǎng)度的改變，兩條光路出現(xiàn)了光程差，隨之發(fā)生的位 相差導(dǎo)致視場(chǎng)中的干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，零級(jí)中心條紋的位置也發(fā)生了改變。調(diào)節(jié)可變光 路器件，使零級(jí)中心條紋回到基準(zhǔn)中心條紋的位置，讀出精密可變光路的位移量數(shù)值， 將此空間光路的位移量換算成光纖中的位移量，可視為可編程光纖延遲模塊的延時(shí)光 程，進(jìn)而求得相應(yīng)的延遲時(shí)間。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，實(shí)施測(cè)量方法的系統(tǒng)可以包括光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，光路 系統(tǒng)可以包括寬譜光源、耦合器、可變光路器件、光纖延遲模塊、夾具和紅外顯示卡； 電路系統(tǒng)可以包括計(jì)算機(jī)、光纖延遲模塊控制電路、零光程差中心條紋位置測(cè)量模塊和 可變光路器件位移讀數(shù)模塊。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖以及各器件在系統(tǒng)中的作用對(duì)本實(shí)施 方式進(jìn)行說(shuō)明。
如圖7所示，具體可以包括
10光源模塊71，用于產(chǎn)生等光強(qiáng)的兩路光；
光纖延遲模塊72，用于使第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖以及改變第一路光通過(guò)的光 纖的長(zhǎng)度；
可變光路器件73，用于調(diào)整第二路光的光程使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，并使第二次調(diào) 整過(guò)程中兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重
合，
光路采集模塊74，用于記錄第二路光在第一次調(diào)整過(guò)程中干涉條紋的零級(jí)中心條紋 的位置以及第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；
光路計(jì)算模塊75，用于根據(jù)第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和改變長(zhǎng)度 的光纖的纖芯折射率得到改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
首先由光源模塊71產(chǎn)生等光強(qiáng)的兩路光，將等光強(qiáng)的兩路光中的第一路光通過(guò)光纖 延遲模塊72，并通過(guò)可變光路器件73調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，通 過(guò)光路采集模塊74記錄干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置；然后通過(guò)光纖延遲模塊72改變 第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度，并通過(guò)可變光路器件73調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn) 生干涉條紋，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位 置重合，再次通過(guò)光路采集模塊74記錄第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；最 后通過(guò)光路計(jì)算模塊75根據(jù)第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和改變長(zhǎng)度的光 纖的纖芯折射率得到改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
進(jìn)一步地，調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋包括通過(guò)調(diào)整可變光路器 件73使第二路光通過(guò)可變光路器件的光程與第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖的光程相等。 零級(jí)中心條紋為兩路光所產(chǎn)生的所有干涉條紋中最亮的一條亮條紋。改變第一路光通過(guò) 的光纖的長(zhǎng)度包括調(diào)整光纖延遲模塊72的光纖延遲量。改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量根據(jù)公 式
計(jì)算得到，其中S表示第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量，c為真空中的光
速，m表示第一路光通過(guò)光纖的纖芯折射率，丄表示光纖改變的長(zhǎng)度，A^表示i:對(duì)應(yīng)的延
上述系統(tǒng)中包含的各單元的處理功能的具體實(shí)現(xiàn)方式在之前的方法實(shí)施例中已經(jīng)描 述，在此不再重復(fù)描述。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替 換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的 保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法，其特征在于，包括將等光強(qiáng)的兩路光中的第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖，調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，標(biāo)記所述干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置；改變第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度，再次調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重合，記錄第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；根據(jù)所述第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和所述改變長(zhǎng)度的光纖的纖芯折射率得到所述改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整第二路光的光程并使兩路光 產(chǎn)生干涉條紋包括通過(guò)調(diào)整可變光路器件使第二路光通過(guò)所述可變光路器件的光程與第 一路光通過(guò)所述預(yù)定長(zhǎng)度的光纖的光程相等。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述零級(jí)中心條紋為兩路光所產(chǎn)生的 所有干涉條紋中最亮的一條亮條紋。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述改變第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度 包括調(diào)整光纖延遲模塊的光纖延遲量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量根據(jù)公式<formula>formula see original document page 2</formula>計(jì)算得到，其中S表示第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量，c為真空中的光 速，"i表示第一路光通過(guò)光纖的纖芯折射率，丄表示光纖改變的長(zhǎng)度，&表示￡對(duì)應(yīng)的延 遲量。
6、 一種光纖延遲量的低相干測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括 光源模塊，用于產(chǎn)生等光強(qiáng)的兩路光；光纖延遲模塊，用于使第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖以及改變第一路光通過(guò)的光纖 的長(zhǎng)度；可變光路器件，用于調(diào)整第二路光的光程使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，并使第二次調(diào)整 過(guò)程中兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重合；光路采集模塊，用于記錄第二路光在第一次調(diào)整過(guò)程中干涉條紋的零級(jí)中心條紋的 位置以及第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；光路計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和所述改 變長(zhǎng)度的光纖的纖芯折射率得到所述改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整第二路光的光程使兩路光產(chǎn) 生干涉條紋包括通過(guò)調(diào)整可變光路器件使第二路光通過(guò)所述可變光路器件的光程與第一 路光通過(guò)所述預(yù)定長(zhǎng)度的光纖的光程相等。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述零級(jí)中心條紋為兩路光所產(chǎn)生的 所有干涉條紋中最亮的一條亮條紋。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述改變第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度 包括調(diào)整光纖延遲模塊的光纖延遲量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量根據(jù)公式計(jì)算得到，其中S表示第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量，c為真空中的光速，"!表示第一路光通過(guò)光纖的纖芯折射率，丄表示光纖改變的長(zhǎng)度，A 表示丄對(duì)應(yīng)的延遲量。
全文摘要
一種光纖延遲量的低相干測(cè)量方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的測(cè)量精度較低、對(duì)于部分范圍光纖長(zhǎng)度無(wú)法測(cè)量、測(cè)量設(shè)備較復(fù)雜的問(wèn)題。本發(fā)明包括將等光強(qiáng)的兩路光中的第一路光通過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度的光纖，調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，標(biāo)記干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置；改變第一路光通過(guò)的光纖的長(zhǎng)度，再次調(diào)整第二路光的光程并使兩路光產(chǎn)生干涉條紋，使兩路光產(chǎn)生干涉條紋的零級(jí)中心條紋的位置與標(biāo)記的零級(jí)中心條紋的位置重合，記錄第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量；根據(jù)第二路光在第二次調(diào)整過(guò)程中的光程改變量和改變長(zhǎng)度的光纖的纖芯折射率得到改變長(zhǎng)度的光纖的延遲量。本發(fā)明用于測(cè)量光開關(guān)和光纖陣列組成的光纖延遲模塊。
文檔編號(hào)G01B11/02GK101561296SQ200910084770
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者張春熹, 張曉青, 攀 歐, 胡姝玲, 胡漢偉, 陳亦男 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)