CN101957238A - 基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法属于光学量检测的技术领域。激光光源(1)发出的光经第一光纤耦合器(2)分为两路，分别由第一光纤干涉臂(4)、第二光纤干涉臂(5)传输；将第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)同时放入同一恒温度控制系统中；初相位差
检测过程有两路激光合并为一路，用光电二极管探测器探测合并激光的光电流强度I0；再分别探测两光纤干涉臂输出的光电流强度I1和I2；利用公式计算出两光纤干涉臂的初相位差。本发明不需使用压电晶体等移相器，操作简单，成本低，不需要计算机辅助计算，测量精度优于0.04°，在较大的激光器驱动电流下可以得到更好的精度。
Description
技术领域
本发明属于光学量检测的技术领域，特别涉及相干光初始相位差的一种精细的检测方法。
背景技术
马赫-泽德尔干涉仪的用途最早是在传感器中。它有两个干涉臂，一个称之为参考臂，另一个称之为探测臂，探测臂用来放入待测的环境中。由于待测环境的影响，在探测臂中传输的光相对参考臂中的光获得了新的相位差后，在输出的探测器上可观察到干涉条纹的移动，从这个移动中，能获得待测环境中的物理量的变化。利用这一原理可以测量温度、电流、电压、压力、磁场等方面的微小变化。马赫-泽德尔干涉仪的另一重要用途是在光通信中。马赫-泽德尔干涉仪的探测臂相对于参考臂的相位差决定了其两个输出端的状态，通过改变相位差，可以对输出状态进行控制。现在的光纤通信网络中就利用这个特点把马赫-泽德尔干涉仪做成各种光学器件，如光开关、光纤滤波器、光调制器、波分复用器等。
在马赫-泽德尔光纤干涉仪的相位测量技术中，传统的提取初相位差的方法一般是相移法，即通过控制相位调制量并探测相应的干涉强度来提取初相位差信息。相位调制一般由压电晶体(PZT)等移相器来完成。由于压电晶体(PZT)的非线性特性，精确的相位调制量不容易实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，利用计算光电流提取马赫-泽德尔光纤干涉仪初相位差的相干相位检测法，不需使用压电晶体(PZT)等移相器，达到操作简单，成本低，不需要计算机辅助计算，高精度检测初相位差的目的。
本发明设计的一种基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法，是通过控制相位调制量并探测相应的干涉强度来提取马赫-泽德尔光纤干涉仪两光纤干涉臂的初相位差信息。
上述的目的通过以下具体的技术方案实现：
一种基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法，使用的装置包括：激光光源(1)、第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)、第一光纤干涉臂(4)、第二光纤干涉臂(5)，激光光源(1)发出的光经第一光纤耦合器(2)分为两路，分别由第一光纤干涉臂(4)、第二光纤干涉臂(5)传输；将第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)同时放入同一恒温度控制系统中；第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)的初相位差
检测方法有三个步骤：
第一步，经第二光纤耦合器(3)将第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)的两路激光合并为一路，用光电二极管探测器探测合并激光的光电流强度记为I0；
第二步，断开第二光纤耦合器(3)，再用光电二极管探测器分别探测第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)输出的光电流强度，记为I1和I2；
第三步，利用公式：
计算出马赫-泽德尔光纤干涉仪第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)的初相位差；式中K1、K2是常数，大小由第一光纤耦合器(2)两臂的损耗决定，损耗与K的换算关系为：
当马赫-泽德尔光纤干涉仪第一光纤干涉臂(4)放置于恒定物理环境，第二光纤干涉臂(5)放置于与第一光纤干涉臂(4)不同的物理环境中时，则可以按常规的检测过程测量两光纤干涉臂间的相位差并计算出环境的温度、电流、电压、压力、磁场等方面的微小变化。
本发明基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测法有以下有益效果：
1、本发明不需使用压电晶体(PZT)等移相器，操作简单，成本低，不需要计算机辅助计算，测量精度优于0.04°，实验结果有很好的重复性。
2、本发明测量精度随着激光器驱动电流的增加而增加，这意味着在较大的激光器驱动电流下可以得到更好的精度。
附图说明
图1是本发明基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测法第一步的系统结构图。
图2是本发明基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测法第二步的系统结构图。
图3是本发明基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测法测得的相位差随环境温度变化的关系图。
具体实施方式
实施例1结合附图说明本发明的装置
图1是本发明的初相位差检测第一步的装置结构图。图2是本发明的初相位差检测第二步的装置结构图。图1和图2中，1为激光光源；2为第一光纤耦合器，用于将激光分为两路，分别接两个光纤干涉臂；3为第二光纤耦合器，用于将两个光纤干涉臂的两路激光合并成一路；4为第一光纤干涉臂；5为第二光纤干涉臂；6为第一光电二极管探测器，用于探测两个光纤干涉臂的两路激光合并成一路时的光电流强度I0；7为第二光电二极管探测器；8为第三光电二极管探测器。第二光电二极管探测器7和第三光电二极管探测器8分别用于探测两个光纤干涉臂的光电流强度I1和I2。
实施例2本发明的基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法
本实施例使用实施例1的装置，进一步说明本发明的相干相位检测初相位差的步骤。
首先将马赫-泽德尔光纤干涉仪的第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)同时放入恒温度控制系统中，以消除温度波动、空气流动等外界环境对干涉仪两臂长度带来的影响，保持两臂长度差稳定。在此条件下即可进行提取马赫-泽德尔光纤干涉仪两光纤干涉臂初相位差的相干相位测量，整个相干相位检测方法叙述为如下三个步骤：
第一步(参见图1)，激光光源(1)输出的激光经第一光纤耦合器(2)分为两路，这两路激光分别经过马赫-泽德尔光纤干涉仪的第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)后用第二光纤耦合器(3)将两路激光合并为一路，最后用第一光电二极管探测器(6)探测此合成激光的光电流强度，并将探测到的光电流强度记为I0。
第二步(参见图2)，激光光源(1)输出的激光经第一光纤耦合器(2)分为两路，其中一路激光在经过马赫-泽德尔光纤干涉仪的第一光纤干涉臂(4)后用第二光电二极管探测器(7)探测光电流强度，并将探测到的光电流强度记为I1；另一路激光在经过马赫-泽德尔光纤干涉仪的另一第二光纤干涉臂(5)后用第三光电二极管探测器(8)探测光电流强度，并将探测到的光电流强度记为I2。
第三步，利用如下公式：
即可计算出马赫-泽德尔光纤干涉仪两光纤臂的初相位差。式中I0、I1、I2分别为第一、二步测得的光电流强度；K1、K2是常数，大小由第一光纤耦合器(2)两臂的损耗决定，是光纤耦合器的一种固有参数，损耗与K的换算关系为：
实施例3检测两光纤干涉臂之间的相位差变化量
与温度变化量ΔT的关系
从理论上可知，在两个不同温度下马赫-泽德尔光纤干涉仪两光纤干涉臂之间的相位差变化量
与温度变化量ΔT成线性关系。通过本发明的相干相位检测方法可以验证上述理论的正确性，并以此实施例作为本发明的一个具体的检测过程。
本实施例中，激光光源1选用中心波长为1.55μm，功率为1mW的F-P同轴激光器YSLD5125；第一光纤耦合器2和第二光纤耦合器3均选用标准单模光纤耦合器(1×2)，第一光纤耦合器2两臂的损耗分别为3.04dB和3.01dB；第一光纤干涉臂4和第二光纤干涉臂5均选用10米单模光纤；第一光电二极管探测器6、第二光电二极管探测器7和第三光电二极管探测器8均选用尾纤型YSPD715探测器。
将马赫-泽德尔光纤干涉仪的第一光纤干涉臂4和第二光纤干涉臂5经第二光纤耦合器3合并激光，同时放入恒温度控制系统中，调节恒温控制系统使光纤干涉仪的两臂处于同一温度(本实施例中为18.10℃)，由第一光电二极管探测器6测得光电流强度I0。
将马赫-泽德尔光纤干涉仪的第一光纤干涉臂4和第二光纤干涉臂5分别连接第二光电二极管探测器7和第三光电二极管探测器8，在恒温度控制系统中两干涉臂处于同一温度(本实施例中为18.10℃)，分别测得光电流强度I1、I2。
按照实施例2的第三步进行计算：由第一光纤耦合器2两臂的损耗分别为3.04dB和3.01dB，由损耗与K的换算关系的公式可得K1＝0.7047、K2＝0.7071。
由测得的光电流强度I0、I1、I2用公式
计算得到该温度(18.10℃)下的初相位差
按上述过程再分别测得19.00℃、20.10℃、21.40℃、22.30℃、23.50℃下的I0、I1、I2，计算得到各温度下的两光纤干涉臂的初相位差
结果列于表1。
表1本发明的方法测得的在不同温度下的两光纤干涉臂相位差
图3即为马赫-泽德尔光纤干涉仪的两光纤干涉臂初始相位差随环境温度变化的关系曲线。图3中，ΔT为各次测量的温度与首次测量的温度的温度差，为各次计算得到的初相位差与首次计算得到的初相位差的差值。具体数值列于表2。
表2
与ΔT对应的数据表
通过图3可以看出由本发明基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法测得的相位差随环境温度变化的关系与理致。其测量论一精度约为0.04°。
Claims (2)
1.一种基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法，采用的装置包括：激光光源(1)、第一光纤耦合器(2)、第二光纤耦合器(3)、第一光纤干涉臂(4)、第二光纤干涉臂(5)，激光光源(1)发出的光经第一光纤耦合器(2)分为两路，分别由第一光纤干涉臂(4)、第二光纤干涉臂(5)传输；将第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)同时放入同一恒温度控制系统中；其特征在于，第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)的初相位差
检测方法有三个步骤：
第一步，经第二光纤耦合器(3)将第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)的两路激光合并为一路，用光电二极管探测器探测合并激光的光电流强度记为I0；
第二步，断开第二光纤耦合器(3)，再用光电二极管探测器分别探测第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)输出的光电流强度，记为I1和I2；
第三步，利用公式：
计算出马赫-泽德尔光纤干涉仪第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)的初相位差；式中K1、K2是常数，大小由第一光纤耦合器(2)两臂的损耗决定，损耗与K的换算关系为：
2.按照权利要求1所述的基于马赫-泽德尔光纤干涉仪的相干相位检测方法，其特征在于，所述的第一光纤干涉臂(4)和第二光纤干涉臂(5)均是单模光纤；所述的光电二极管探测器是尾纤型YSPD715探测器。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102679909A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-19 | 天津大学 | 一种光纤干涉条纹投射中初相位及调制度测量控制方法 |
| CN104697609A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-10 | 吉林大学 | 光纤干涉水位传感器 |
| CN106716088A (zh) * | 2014-08-21 | 2017-05-24 | 马丁·贝尔茨 | 干涉仪 |
| CN106980389A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-07-25 | 华侨大学 | 一种基于光纤传感技术的远程键盘控制指令系统 |
| CN107966691A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-04-27 | 北京径科技有限公司 | 一种光学相控阵发射装置 |
| CN109186954A (zh) * | 2018-08-10 | 2019-01-11 | 西北核技术研究所 | 一种波长调制情况下的二极管激光器动态波长测量装置及方法 |
| CN112799175A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-05-14 | 国开启科量子技术(北京)有限公司 | 光纤干涉装置和量子通信设备 |
-
2010
- 2010-09-02 CN CN 201010270088 patent/CN101957238A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《CNKI优秀硕士学位论文数据库》 20060804 高博 主动锁模光纤激光器腔长补偿技术研究 45-53 1-2 第卷, 第期 2 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102679909A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-19 | 天津大学 | 一种光纤干涉条纹投射中初相位及调制度测量控制方法 |
| CN106716088A (zh) * | 2014-08-21 | 2017-05-24 | 马丁·贝尔茨 | 干涉仪 |
| CN106716088B (zh) * | 2014-08-21 | 2018-11-13 | 马丁·贝尔茨 | 干涉仪 |
| US10386174B2 (en) | 2014-08-21 | 2019-08-20 | Martin Berz | Three-dimensional interferometer, method for calibrating such an interferometer and method for reconstructing an image |
| CN104697609A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-10 | 吉林大学 | 光纤干涉水位传感器 |
| CN106980389A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-07-25 | 华侨大学 | 一种基于光纤传感技术的远程键盘控制指令系统 |
| CN106980389B (zh) * | 2017-04-27 | 2023-05-05 | 华侨大学 | 一种基于光纤传感技术的远程键盘控制指令系统 |
| CN107966691A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-04-27 | 北京径科技有限公司 | 一种光学相控阵发射装置 |
| CN109186954A (zh) * | 2018-08-10 | 2019-01-11 | 西北核技术研究所 | 一种波长调制情况下的二极管激光器动态波长测量装置及方法 |
| CN112799175A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-05-14 | 国开启科量子技术(北京)有限公司 | 光纤干涉装置和量子通信设备 |
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