低相干光纤微分干涉仪及其解调方法研究

作     者：陈剑 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：甄胜来

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：微分干涉 光纤 低相干 绝对幅值 动态范围 

摘      要：本文基于低相干光纤微分干涉原理,采用马赫曾德和赛格纳克混合干涉仪结构,提出多种无源解调方法;通过光纤微分干涉仪结合三路探测相位解调方法,实现了相位变化的绝对幅值的测量;在微分干涉仪的基础上,通过对相位压缩理论的分析,提出了动态范围可调节方法。低相干光纤微分干涉仪基于光的时间相干性原理,干涉仪的光路中有两束光通过的路径相同,但通过测量点的时间不同,这两束光由于在不同时刻被连续变化信号所调制,它们在到达光探测器时具有不同的相位,其时间差随延迟光纤长度的变化而变化。微分干涉仪中,两束光干涉信号的相位差是待测信号的微分量,基于其特有的相位压缩原理,输出信号的相位量相比于实际相位变化量被压缩了许多倍,大大拓宽了输出的线性范围。要从干涉仪输出信号中恢复出被测信号,需要专门的信号解调技术。低相干微分干涉仪没有相位衰落的问题,受环境扰动影响小,又具有很大的线性范围,适合使用无源相位解调方法。我们首先提出了基于3x3耦合器的双路探测方法,结合DCM解调方法,实现了解调出被测信号的相位信息;进而针对双路探测中的干涉项直流分量无法实时消除和难以进行相位变化绝对幅值测量这两点不足,提出了基于3x3耦合器的三路探测方法,结合三路探测解调方法可以实现实时的相位绝对幅值测量。相位压缩因子(PCF)这一个参数可以表征微分干涉仪输出信号的相位相比于普通干涉仪输出信号的相位的压缩程度。它的值在一定范围内与光纤延迟线的长度成正比,据此我们提出了动态范围可调节的微分干涉仪。通过光开关切换不同长度的光纤延迟线,实现了对微分干涉仪动态范围的调节。低相干光纤微分干涉仪在远程振动测量,折射率测量和电流测量等领域都有潜在的应用价值。本文的创新点主要包括：1.用低相干微分干涉仪与相位解调方法结合实现大动态范围的相位信息测量。2.利用基于3x3耦合器的低相干微分干涉仪和三路探测的无源解调算法进行相位测量,可以实时的测量出被测相位变化信号的绝对幅值。3.提出了利用相位压缩原理,通过光开关切换不同光纤延迟线,来实现微分干涉仪动态范围的调节,拓宽了测量的动态范围。