專利名稱：一種多光源干涉光電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術，具體涉及光纖干涉信號的測量系統(tǒng)。
背景技術：
本發(fā)明主要基于光學干涉原理。該光纖干涉系統(tǒng)是在同一光纖，即光學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。當光學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，這種影響到達探測器的時間卻不一樣。探測器上測到的干涉光強將受到影響，從而引起相應的變化響應。以傳統(tǒng)的光學閉合回路干涉環(huán)為例，如圖I所示，激光器發(fā)出的光經(jīng)1x2耦合器匯合后至2x2耦合器分順時針和逆時針兩個方向進入光學閉合回路，經(jīng)過擾動信號感應光纖及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閉合回路上，都會引起傳播光的相位的變化Φ (t)，而這個變化到達探測器的時間差由擾動發(fā)生在光學閉合回路上的位置和光學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(A Φ ( )+Φ0)),(I)上式中Δ Φ (t) = Φ (t-t^-Φ (t-t2) , I1 = —,t2 = -.L1 為光學閉合回路中擾
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動點順時針方向到2x2耦合器的距離，L2為光學閉合回路中擾動點逆時針方向到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，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也會影響到Φ。。當Λ Φ較小時，干涉光強的變化為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時Otl = ，上式右邊的第一項消失，因此光學閉合回路中光纖干涉系統(tǒng)對微小擾動的響應是擾動的平方，而不是線性響應，較難觀測到干涉信號的變化。該光學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，其中的雙折射效應是不可避免的，這種雙折射效應將會影響Φο的值。光學閉合回路干涉環(huán)的這種特性使得其干涉信號的強弱也受組成光學閉合回路的光纖中的雙折射效應影響，會使光學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、信噪比得到明顯改善的優(yōu)點。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種多光源干涉光電系統(tǒng)，包括至少兩個不同波長的激光光源、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2X2光纖耦合器；傳感光纖的兩端分別與后級光纖耦合器的兩個同向端口相連接以組成光學閉合回路，各激光光源分別連接到前級光纖耦合器的同一邊，前級光纖耦合器另一邊的一個端口和光電探測器分別連接到后級光纖耦合器的另一邊；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入光學閉合回路，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，由光電探測器接收。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分束比為I : 1，所述傳感光纖為單模光纖。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明使用了多種不同波長的激光以代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術方案中的單一波長的激光，其實質(zhì)上是在光學閉合回路上同時輸入不同波長的光。而該光學閉合回路中的雙折射效應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，當在該光學閉合回路中同時輸入不同波長的激光時，由于該光學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Otl都不相同，從而觀測到一種互補的效應。這一互補的效應使得觀察到的干涉強度更加穩(wěn)定，受環(huán)境變化的影響更小。
圖I是傳統(tǒng)的光學閉合回路光學干涉實施例圖2是本發(fā)明用于多光源干涉光電系統(tǒng)實施例示意圖3是傳統(tǒng)的光學閉合回路光學干涉信號強度變化圖4是本發(fā)明的光電系統(tǒng)光學干涉信號強度變化圖。
圖I和圖2中各部件的標記如下
I、第一激光光源；2、后級光纖稱合器；3、光電探測器；4、傳感光纖；5、前級光纖率禹合器；6、第二激光光源。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。如圖2所示，一種多光源干涉光電系統(tǒng)，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、光電探測器3、前級光纖稱合器5、后級光纖稱合器2和傳感光纖4,其中前級光纖稱合器5為1X2光纖稱合器,后級光纖稱合器2為2X2光纖稱合器；傳感光纖4的兩端分別與后級光纖耦合器2的兩個同向端口相連接，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的另一端口和光電探測器3分別連接到后級光纖耦合器2的另一邊。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，構成一個光學閉合回路。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入光學閉合回路，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，由光電探測器3接收。本實施例中優(yōu)選的后級光纖稱合器2的分束比為I : I,傳感光纖4為單模光纖。 本實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，此時應當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。本發(fā)明的多光源干涉光電系統(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。由圖3可以看出，在傳統(tǒng)的光學閉合回路中，由于雙折射現(xiàn)象帶來的干擾，光學干涉信號忽大忽小，特別是出現(xiàn)了很多接近于零值的點。由圖4可以看出，由于采用了多種不同波長的激光，在本發(fā)明的光電系統(tǒng)中，光學干涉信號的強度明顯改善，在圖3中大量出現(xiàn)的接近零值的點基本消失。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，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)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種多光源干涉光電系統(tǒng)，其特征在于包括至少兩個不同波長的激光光源、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2X2光纖耦合器；傳感光纖的兩端分別與后級光纖耦合器的兩個同向端口相連接以組成光學閉合回路，各激光光源分別連接到前級光纖耦合器的同一邊，前級光纖耦合器另一邊的一個端口和光電探測器分別連接到后級光纖耦合器的另一邊；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入光學閉合回路，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，由光電探測器接收。
2.根據(jù)權利要求I所述的多光源干涉光電系統(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)權利要求I或2所述的多光源干涉光電系統(tǒng)，其特征在于所述后級光纖耦合器分束比為I :1。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的多光源干涉光電系統(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光電系統(tǒng)。本發(fā)明的方案包括至少兩個不同波長的激光光源、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2X2光纖耦合器；傳感光纖的兩端分別與后級光纖耦合器的兩個同向端口相連接以組成光學閉合回路，各激光光源分別連接到前級光纖耦合器的同一邊，前級光纖耦合器另一邊的一個端口和光電探測器分別連接到后級光纖耦合器的另一邊。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)光纖干涉系統(tǒng)中，光纖中隨機產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象造成的干涉信號強度不夠和不穩(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。
文檔編號G01D5/353GK102607623SQ201210088929
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者楊峰, 毛文進 申請人:蘇州攀星光電科技有限公司