專利名稱：一種多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)，具體涉及光纖干涉信號的測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要基于光學(xué)干涉原理。該光纖干涉系統(tǒng)是在同一光纖，即光學(xué)閉合回路中兩束沿正反方向傳播的來自同一激光源的光形成干涉。當(dāng)光學(xué)閉合回路受到外界擾動時，沿正反方向傳播的光程將受到影響。盡管兩路光受到的影響是一樣的，這種影響到達(dá)探測器的時間卻不一樣。探測器上測到的干涉光強(qiáng)將受到影響，從而引起相應(yīng)的變化響應(yīng)。以傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路干涉環(huán)為例，如圖I所示，激光器發(fā)出的光經(jīng)2x2耦合器分順時針和逆時針兩個方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動信號感應(yīng)光纖及2x2耦合器再匯合到探測器形成干涉信號。任何擾動施加到光學(xué)閉合回路上，都會引起傳播光的相位的變化 Φα)，而這個變化到達(dá)探測器的時間差由擾動發(fā)生在光學(xué)閉合回路上的位置和光學(xué)閉合回路的長度決定。時間差越大，探測器探測到的干涉電流變化越大I (t) = I0 (2~2cos ( Δ Φ (t) +Φ0)),(I)上式中Δ Φ (t) = Φ (t-t^-Φ (t-t2), I1 = —,t2 = --L1 為光學(xué)閉合回路中擾
CC
動點(diǎn)順時針方向到2x2耦合器的距離，L2為光學(xué)閉合回路中擾動點(diǎn)逆時針方向到2x2耦合器的距離，c為光在光纖中傳播的速度，I0為無干涉時探測器從耦合器的一個輸出端接受到的光強(qiáng)，Otl是初始相位差，2x2耦合器將帶來π的相差，但是光纖中的雙折射效應(yīng)也會影響到Φ。。當(dāng)Λ Φ較小時，干涉光強(qiáng)的變化為Δ I (t) ^ 2Ι08 η(Φ0) Δ Φ (t)+I0Cos (Φ0) (Δ Φ (t))2(2)由于2x2耦合器的特性，在不考慮光纖中的雙折射效應(yīng)時Otl = ，上式右邊的第一項(xiàng)消失，因此光學(xué)閉合回路中光纖干涉系統(tǒng)對微小擾動的響應(yīng)是擾動的平方，而不是線性響應(yīng)，較難觀測到干涉信號的變化。該光學(xué)閉合回路通常用單模光纖作傳感光纖，施工布置中光纖會受壓彎曲，其中的雙折射效應(yīng)是不可避免的，這種雙折射效應(yīng)將會影響Φο的值。光學(xué)閉合回路干涉環(huán)的這種特性使得其干涉信號的強(qiáng)弱也受組成光學(xué)閉合回路的光纖中的雙折射效應(yīng)影響，會使光學(xué)閉合回路中的兩路相反方向的光經(jīng)歷不同的光程，盡管它們重新匯合后仍然有相同的偏振態(tài)。光纖中的雙折射效應(yīng)受安裝時光纖扭曲曲率、溫度變化、施加于光纖上的壓力等因素的影響。所以既使相同的擾動施加于同樣的兩個系統(tǒng)，觀察到的信號強(qiáng)弱也不會相同。 同一個系統(tǒng)在不同的時間，如在白天和在晚上，溫差使得相同的擾動也會測得不同強(qiáng)弱的信號。有時甚至觀察不到擾動信號。這將使得系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠地工作。上述問題，是所有應(yīng)用干涉原理的光纖系統(tǒng)都不可避免的問題；這些因素會造成光纖干涉信號不穩(wěn)定、信噪比變差、系統(tǒng)的漏報率及誤報率增高等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種測量光纖干涉信號的光電探測系統(tǒng)，它具有光纖干涉信號穩(wěn)定且受環(huán)境影響很小的優(yōu)點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，它包括至少兩個不同波長的激光光源、兩個光電探測器、前級光纖耦合器、后級光纖耦合器和傳感光纖，其中前級光纖耦合器至少有一邊的端口數(shù)不少于激光光源的數(shù)量，后級光纖耦合器為多端口光纖耦合器且每邊的端口數(shù)不少于2個以及至少有一邊的端口數(shù)大于2個；各激光光源分別連接到前級光纖耦合器的同一邊，前級光纖耦合器的另一邊的一個端口、兩個光電探測器分別連接到后級光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與后級光纖耦合器另一邊中的兩個端口相連接以組成光學(xué)閉合回路；各激光光源發(fā)出的光經(jīng)前級光纖耦合器匯合到后級光纖耦合器，再分順時針和逆時針兩個方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過傳感光纖感受擾動信號后回到后級光纖耦合器形成干涉信號，分別由兩個光電探測器接收。優(yōu)選的是，所述前級光纖耦合器為1X2光纖耦合器，所述不同波長的激光光源的數(shù)量為2個。優(yōu)選的是，所述后級光纖耦合器是3x3光纖耦合器，分束比均為I : I : I。優(yōu)選的是，所述后級光纖耦合器是3x2光纖耦合器，分束比為I : I : I和I : I。優(yōu)選的是，所述后級光纖耦合器是4x4光纖耦合器，分束比均為I : I : I : I。優(yōu)選的是，所述后級光纖耦合器是4x2光纖耦合器，分束比為I : I : I : I和
I Io優(yōu)選的是，所述傳感光纖為單模光纖。本發(fā)明的有益效果是為了解決光纖中的雙折射現(xiàn)象帶來的信號不穩(wěn)的問題，本發(fā)明同時采用了兩種方法以增強(qiáng)干涉信號的穩(wěn)定性，即使用了多種不同波長的激光以代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)方案中的單一波長的激光和使用多端口光纖耦合器與兩個光電探測器相配合。使用了多種不同波長的激光以代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)方案中的單一波長的激光，其實(shí)質(zhì)上是在光學(xué)閉合回路上同時輸入不同波長的光。而該光學(xué)閉合回路中的雙折射效應(yīng)會給每一種不同波長的光都帶來不同的相差，即對于每一種波長的光而言，公式(2)中的Otl都將會受光纖安裝時光纖的扭曲曲率、溫度變化、施加于光纖上的壓力等因素的影響。因此，當(dāng)在該光學(xué)閉合回路中同時輸入不同波長的激光時，由于該光學(xué)閉合回路中的干涉對相干長度的要求非常低，我們?nèi)匀荒苡^察到干涉現(xiàn)象，而對不同的波長的光，公式(I) (2)中的Φ。都不相同，從而觀測到一種互補(bǔ)的效應(yīng)。這一互補(bǔ)的效應(yīng)使得觀察到的干涉強(qiáng)度更加穩(wěn)定，受環(huán)境變化的影響更小。使用多端口光纖耦合器以代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)方案中的2x2耦合器，其目的是為了接入兩個光電探測器。由于多端口光纖耦合器的輸出的兩路信號具有一定的相關(guān)性，因此通過檢測兩個光電探測器之間信號的相關(guān)性，可以有效地補(bǔ)償光纖干涉信號的穩(wěn)定性，從而使信噪比得到明顯改善。


圖I是傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路光學(xué)干涉實(shí)施例圖2是本發(fā)明用于多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)實(shí)施例示意圖；圖3是傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路光學(xué)干涉信號強(qiáng)度變化圖；圖4是本發(fā)明的光電系統(tǒng)光學(xué)干涉信號強(qiáng)度變化圖。附圖I和圖2中各部件的標(biāo)記如下I、第一激光光源；2、后級光纖耦合器；3、光電探測器；4、傳感光纖；5、前級光纖耦合器；6、第二激光光源。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。如圖2所示，它包括兩個不同波長的激光光源即第一激光光源I和第二激光光源 6、兩個光電探測器3、前級光纖耦合器5、后級光纖耦合器2和傳感光纖4，其中前級光纖耦合器為1X2光纖稱合器,后級光纖稱合器為3X3光纖稱合器。第一激光光源I和第二激光光源6分別與前級光纖耦合器5的同一邊相連接，前級光纖耦合器5的另一邊的一個端口、 兩個光電探測器3分別連接到后級光纖耦合器2的同一邊，傳感光纖4的兩端分別與后級光纖耦合器2另一邊中的兩個端口相連接。第一激光光源I和第二激光光源6分別發(fā)出的不同波長的激光經(jīng)前級光纖耦合器5匯合到后級光纖耦合器2，由后級光纖耦合器2出來的光經(jīng)傳感光纖4再回到后級光纖耦合器2，構(gòu)成一個光學(xué)閉合回路。工作時，第一激光光源 I和第二激光光源6分別發(fā)出的不同波長的激光經(jīng)前級光纖耦合器5匯合到后級光纖耦合器2，再分順時針和逆時針兩個方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過傳感光纖4感受擾動信號后回到后級光纖耦合器2形成干涉信號，分別由兩個光電探測器3接收。本實(shí)施方案中使用兩個不同波長的激光光源，也可用更多個不同波長激光光源， 此時應(yīng)當(dāng)采用具有不少于激光光源數(shù)量的端口的前級光纖耦合器以與激光光源的數(shù)量相匹配。本實(shí)施例中優(yōu)選的后級光纖耦合器2的分束比為I : I : 1，傳感光纖4為單模光纖，后級光纖耦合器2也可由3x2、4x4、4x2光纖耦合器或更多端口的光纖耦合器代替，這些光纖耦合器應(yīng)能均勻分配任一通道輸入的光。本發(fā)明的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)為了解決光纖中的雙折射現(xiàn)象帶來的信號不穩(wěn)的問題，本發(fā)明提供的方法是使用了多種不同波長的激光和使用多端口光纖耦合器與兩個光電探測器相配合。由圖3可以看出，在傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路中，由于雙折射現(xiàn)象帶來的干擾，光學(xué)干涉信號忽大忽小，特別是出現(xiàn)了很多接近于零值的點(diǎn)。由圖4可以看出，由于采用了多種不同波長的激光和使用多端口光纖耦合器與兩個光電探測器相配合，在本發(fā)明的光電系統(tǒng)中，光學(xué)干涉信號的強(qiáng)度明顯改善，在圖3中大量出現(xiàn)的接近零值的點(diǎn)基本消失。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于包括至少兩個不同波長的激光光源、兩個光電探測器、前級光纖耦合器、后級光纖耦合器和傳感光纖，其中前級光纖耦合器至少有一邊的端口數(shù)不少于激光光源的數(shù)量，后級光纖耦合器為多端口光纖耦合器且每邊的端口數(shù)不少于2個以及至少有一邊的端口數(shù)大于2個；各激光光源分別連接到前級光纖耦合器的同一邊，前級光纖耦合器的另一邊的一個端口、兩個光電探測器分別連接到后級光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與后級光纖耦合器另一邊中的兩個端口相連接以組成光學(xué)閉合回路；各激光光源發(fā)出的光經(jīng)前級光纖耦合器匯合到后級光纖耦合器，再分順時針和逆時針兩個方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過傳感光纖感受擾動信號后回到后級光纖耦合器形成干涉信號，分別由兩個光電探測器接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述前級光纖耦合器為 1X2光纖耦合器，所述不同波長的激光光源的數(shù)量為2個。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述后級光纖耦合器是 3x3光纖耦合器，其分束比均為I :1: I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述后級光纖耦合器是 3x2光纖耦合器，其分束比為I :1: I和I :1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述后級光纖耦合器是 4x4光纖耦合器，其分束比均為I :1: I: I。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述后級光纖耦合器是 4x2光纖耦合器，其分束比為I :1: I: I和1:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一所述的多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng),其特征在于所述傳感光纖為單模光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多光源干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)。本發(fā)明的方案包括至少兩個不同波長的激光光源、兩個光電探測器、前級光纖耦合器、后級光纖耦合器和傳感光纖，各激光光源分別連接到前級光纖耦合器的同一邊，前級光纖耦合器的另一邊的一個端口、兩個光電探測器分別連接到后級光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與后級光纖耦合器另一邊中的兩個端口相連接以組成光學(xué)閉合回路。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)光纖干涉系統(tǒng)中，光纖中隨機(jī)產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象造成的干涉信號強(qiáng)度不夠和不穩(wěn)定的問題。通過上述方式，本發(fā)明的光電系統(tǒng)具有干涉信號穩(wěn)定、不受環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01D5/353GK102607622SQ20121008892
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者楊峰, 毛文進(jìn) 申請人:蘇州攀星光電科技有限公司