專利名稱：一種白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖傳感技術(shù)，具體涉及光纖干涉信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型主要基于光學(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(dòng)時(shí)，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(cè)器的時(shí)間卻不一樣。探測(cè)器上測(cè)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(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動(dòng)信號(hào)感應(yīng)光纖及2x2耦合器再匯合 到探測(cè)器形成干涉信號(hào)。任何擾動(dòng)施加到光學(xué)閉合回路上，都會(huì)引起傳播光的相位的變化小(t)，而這個(gè)變化到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間差由擾動(dòng)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(shí)間差越大，探測(cè)器探測(cè)到的干涉電流變化越大I (t) = I0 (2~2cos ( A (J) (t) + 4>0)), (I)上式中A (Mt)=小(t-t2) , I1 = —,t2 = -.L1為光學(xué)閉合回路中擾
CC
動(dòng)點(diǎn)順時(shí)針方向到2x2耦合器的距離，L2為光學(xué)閉合回路中擾動(dòng)點(diǎn)逆時(shí)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(shí)探測(cè)器從耦合器的一個(gè)輸出端接受到的光強(qiáng)，00是初始相位差，2x2耦合器將帶來的相差，但是光纖中的雙折射效應(yīng)也會(huì)影響到小0。當(dāng)A小較小時(shí)，干涉光強(qiáng)的變化為A I (t) ^ 2I0sin ( 0) A (J) (t) +I0cos ( 0) ( A (J) (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(shí)(K= ，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(duì)微小擾動(dòng)的響應(yīng)是擾動(dòng)的平方，而不是線性響應(yīng)，較難觀測(cè)到干涉信號(hào)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(huì)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(huì)影響00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(hào)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(huì)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(shí)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(dòng)施加于同樣的兩個(gè)系統(tǒng)，觀察到的信號(hào)強(qiáng)弱也不會(huì)相同。同一個(gè)系統(tǒng)在不同的時(shí)間，如在白天和在晚上，溫差使得相同的擾動(dòng)也會(huì)測(cè)得不同強(qiáng)弱的信號(hào)。有時(shí)甚至觀察不到擾動(dòng)信號(hào)。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(huì)造成光纖干涉信號(hào)不穩(wěn)定、信噪比變差、系統(tǒng)的漏報(bào)率及誤報(bào)率增高等一系列問題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，它具有光纖干涉信號(hào)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，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，包括白光光源、兩個(gè)光電探測(cè)器、光纖耦合器、傳感光纖，其中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(gè)以及至少有一邊的端口數(shù)大于2個(gè) ；白光光源、兩個(gè)光電探測(cè)器分別連接到光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與光纖耦合器另一邊中的兩個(gè)端口相連接以組成光學(xué)閉合回路；白光光源發(fā)出的白光經(jīng)光纖耦合器，分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過傳感光纖感受擾動(dòng)信號(hào)后回到光纖耦合器形成干涉信號(hào)，分別由兩個(gè)光電探測(cè)器接收。優(yōu)選的是，所述光纖耦合器是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，所述光纖耦合器是4x2光纖耦合器，分束比為I : I : I : I和I : I。優(yōu)選的是，所述傳感光纖為單模光纖。本實(shí)用新型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(hào)不穩(wěn)的問題，本實(shí)用新型同時(shí)采用了兩種方法以增強(qiáng)干涉信號(hào)的穩(wěn)定性，即使用白光光源以代替?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(gè)光電探測(cè)器相配合。使用白光光源，實(shí)質(zhì)上是在光學(xué)閉合回路上同時(shí)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(huì)給每一種不同波長的光都帶來不同的相差，即對(duì)于每一種波長的光而言，公式(2)中的Ctci都將會(huì)受光纖安裝時(shí)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)閉合回路中輸入白光即同時(shí)輸入不同波長的激光時(shí)，由于該光學(xué)閉合回路中的干涉對(duì)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(duì)不同的波長的光，公式(I) (2)中的都不相同，從而觀測(cè)到一種平均效應(yīng)。這一平均效應(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(gè)光電探測(cè)器。由于多端口光纖耦合器的輸出的兩路信號(hào)具有一定的相關(guān)性，因此通過檢測(cè)兩個(gè)光電探測(cè)器之間信號(hào)的相關(guān)性，可以有效地補(bǔ)償光纖干涉信號(hào)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。圖2是本實(shí)用新型用于白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)實(shí)施例不意圖。圖3是傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路光學(xué)干涉信號(hào)強(qiáng)度變化圖。圖4是本實(shí)用新型的光電系統(tǒng)光學(xué)干涉信號(hào)強(qiáng)度變化圖。附圖I和圖2中各部件的標(biāo)記如下I、白光光源；2、光纖稱合器；3、光電探測(cè)器；4、傳感光纖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(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(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。如圖2所示，一種白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，它包括白光光源I、兩個(gè)光電探測(cè)器3、光纖耦合器2和傳感光纖4。本實(shí)施例中的光纖耦合器2為3X3光纖耦合器。白光光源I、兩個(gè)光電探測(cè)器3分別連接到光纖耦合器2的同一邊，傳感光纖4的兩端分別與光纖耦合器2另一邊中的兩個(gè)端口相連接；白光從白光光源I出來后到光纖耦合器2，由光纖耦合器2出來的光經(jīng)傳感光纖4再回到光纖耦合器2，構(gòu)成一個(gè)光學(xué)閉合回路。工作時(shí)，白光光源I發(fā)出的白光經(jīng)光纖耦合器2，分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過傳感光纖4感受擾動(dòng)信號(hào)后回到光纖耦合器2形成干涉信號(hào)，分別由兩個(gè)光電探測(cè)器3接收。本實(shí)施例中優(yōu)選的光纖耦合器2的分束比為I : I : 1，傳感光纖4為單模光纖。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。本實(shí)用新型的白光干涉?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(hào)不穩(wěn)的問題，本實(shí)用新型提供的方法是使用白光光源和使用多端口光纖耦合器與兩個(gè)光電探測(cè)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(hào)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，由于采用了白光光源和使用多端口光纖耦合器與兩個(gè)光電探測(cè)器相配合，在本實(shí)用新型的光電系統(tǒng)中，光學(xué)干涉信號(hào)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。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(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，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于包括白光光源、兩個(gè)光電探測(cè)器、光纖耦合器、傳感光纖，其中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(gè)以及至少有一邊的端口數(shù)大于2個(gè)；白光光源、兩個(gè)光電探測(cè)器分別連接到光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與光纖耦合器另一邊中的兩個(gè)端口相連接以組成光學(xué)閉合回路；白光光源發(fā)出的白光經(jīng)光纖耦合器，分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過傳感光纖感受擾動(dòng)信號(hào)后回到光纖耦合器形成干涉信號(hào)，分別由兩個(gè)光電探測(cè)器接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述光纖耦合器是3x3光纖耦合器，其分束比均為I :1: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述光纖耦合器是3x2光纖率禹合器，其分束比為1:1: I和I :1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述光纖耦合器是4x4光纖率禹合器，其分束比均為1:1: I: I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述光纖耦合器是4x2光纖耦合器，其分束比為I :1: I I和1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求r5任一所述的白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，其特征在于所述傳感光纖為單模光纖。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種白光干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng)。本實(shí)用新型的方案包括白光光源、兩個(gè)光電探測(cè)器、光纖耦合器、傳感光纖，其中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(gè)以及至少有一邊的端口數(shù)大于2個(gè)；白光光源、兩個(gè)光電探測(cè)器分別連接到光纖耦合器的同一邊，傳感光纖的兩端分別與光纖耦合器另一邊中的兩個(gè)端口相連接以組成光學(xué)閉合回路。本實(shí)用新型解決了傳統(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(hào)強(qiáng)度不夠和不穩(wěn)定的問題。通過上述方式，本實(shí)用新型的光電系統(tǒng)具有干涉信號(hào)穩(wěn)定、不受環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D5/353GK202494459SQ201220126218
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:蘇州攀星光電科技有限公司