CN104503080A - 一种谐振腔长可调的多路光程相关器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤技术领域，具体涉及的是一种可用于多路复用光纤白光干涉传感器阵列的解调系统中的谐振腔长可调的多路光程相关器。本发明通过一个耦合器将一个光学谐振腔连接在光纤光路中，调整谐振腔长并通过光程的多次往返，由光程可调光学谐振腔，光纤耦合器，三端口或四端口光纤环形器连接组成，光学谐振腔往返振荡产生可调整的多路光程差信号；由耦合器将含有多路光程差的光信号进行输出；由三端口环形器控制光信号的走向，通过与光纤白光干涉系统光路的连接。本发明给出的多路光程相关器实现了多个光程的光路匹配，增强了传感系统的解调能力，简化了光学系统光路结构，降低了系统的成本，提高了系统的稳定性与可靠性。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术领域，具体涉及的是一种可用于多路复用光纤白光干涉传感器阵列的解调系统中的谐振腔长可调的多路光程相关器。
背景技术
光纤白光干涉技术与方法是光纤技术领域中独具特色的一种测量方法和传感技术。该项专门技术在宽谱光干涉特性研究，绝对形变光纤传感测量，光波导器件的结构及其对光波反射特性参量的检测，光纤陀螺环中光偏振态横向耦合测量与评估，尤其是在医学临床诊断的组织结构形态的光学层析技术等方面，都具有广泛的应用。
光程相关器是空域干涉解调系统中空间光程扫描匹配的主要单元。该单元的目的是实现解调仪与干涉测量仪的光程匹配，从而实现通过干涉仪的方法完成测量的任务。光程相关器主要由两部分组成：一部分是解调仪的光路结构；另一部分是空间光程扫描装置。
为解决光纤干涉仪系统中的光程相关问题，1995年美国H-P公司Wayne V.Sorin和DouglasΜ.Baney公开了一种基于Michelson干涉仪结构的光程自相关器(美国专利：专利号5557400)。它基于非平衡Michelson干涉仪结构，利用光信号在Michelson干涉仪固定臂和可变扫描臂之间形成的光程差与光纤传感器的前后两个端面反射光信号的光程差之间的匹配实现光学自相关，获得传感器的白光干涉信号。该相关器由一个2×2光纤耦合器组成，入射光波注入后，该光波经过2×2光纤耦合器后被分成两路，一路经过固定长度光纤后经过其尾端反射器返回输出；另一路经过连接在光纤端的光学准直器后，被可移动的反射扫描镜反射回来，形成光程可调的光波后到达输出端。由该光纤光程相关器所产生的这两个光波具有的光程差为2(nΔL+x)，其中2nΔL是两固定长度光纤差带来的，而2x则是空间可调整的光程。Michelson干涉仪型光纤光程相关器的优点是构造简单，使用的器件少。但缺点是有一半的光功率会返回光源，会造成光源的不稳定。
除上述结构外，申请人于2008年公开的基于可调Fabry-Perot谐振腔的分布式光纤白光干涉传感器阵列(公告号CN101324445A)，一种双基准长度低相干光纤环形网络传感解调装置(公告号CN101325455B)，光纤Mach-Zehnder与Michelson干涉仪阵列的组合测量仪(公告号CN101329184A)和一种简化式多路复用白光干涉光纤传感解调装置(公告号CN100588913C)，分别公布了F-P腔、环形腔结构为基础的光程自相关器，目的是用于简化多路复用干涉仪的结构；提高温度稳定性；解决多基准传感器的同时测量等问题。
为了进一步解决提高光源利用率，降低系统的造价等问题，申请人于2010年和2011年分别公开的一种用于分布式光纤应变传感测量的光程自相关器(公告号CN101995227A)，非平衡Mach-Zehnder光学自相关器的低相干多路复用光纤干涉仪(公告号CN101995265B)，共路补偿的多尺度准分布式白光干涉应变测量装置及方法(公告号CN102003944B)，用非平衡Mach-Zehnder干涉仪对多信号问讯的方法及装置(公告号CN102135437B)，基于非平衡Mach-Zehnder的多路复用光纤干涉仪的解调装置(公告号CN102183866B)分别公布了基于环形光纤F-P型、非平衡Mach-Zehnder差动型以及共光路斐索型光程相关器技术。上述基于空分复用的干涉仪结构中，光程自相关器大多采用Michelson干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪等结构，为了形成能够与光纤传感器前后端面反射信号光程差相匹配的具有一定光程差的信号光束(至少两束以上)，光程自相关器中至少一个NXM光纤耦合器(例如：2X2、3X3或者4X4光纤耦合器)。由于NXM光纤耦合器的分光特性和光路对称特性，上述光学自相关器存在两个问题：其一是光路拓扑结构对光源功率衰减大、光源利用率低。以采用2X2光纤耦合器为例，由光源发生的光信号仅有一半达到传感器阵列，被其反射的光信号，又有一半经过衰减，就W.V.Sorin公开的光路结构而言，理论上最多只有1/4的光源功率参与光学相关过程，其他功率均被衰减掉了，如果采用3X3或者4X4光纤耦合器，则其功率衰减为(1/3)2或(1/4)2，则更为严重；其而是光路拓扑结构上存在对称性，光源和探测器在光路中是对称和互易的，理论上至少有与探测器接收功率相同数值的光信号又回馈到光源中，虽然光源的类型为宽谱光，与激光光源相比，对回馈不十分敏感，但是过大的信号功率反馈，会引起光源的谐振(如基于光纤自发超辐射类型的光源ASE等)，会导致光源发生光信号的功率降低，特别是在白光干涉时，较大的干涉信号功率波动对光源的使用会造成极其不利的影响，降低光学自相干峰值幅度的测量精度。
为了克服上述在先技术的问题，本发明给出的多路光程相关器实现了多个光程的光路匹配，增强了传感系统的解调能力，简化了光学系统光路结构，降低了系统的成本，提高了系统的稳定性与可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于简化多路复用干涉仪的结构；提高光源的利用率；解决多个长度的光程匹配问题的谐振腔长可调的多路光程相关器。
本发明的目的是这样实现的：
一种谐振腔长可调的多路光程相关器，通过一个耦合器将一个光学谐振腔连接在光纤光路中，调整谐振腔长并通过光程的多次往返，由光程可调光学谐振腔，光纤耦合器，三端口或四端口光纤环形器连接组成，光学谐振腔往返振荡产生可调整的多路光程差信号；由耦合器将含有多路光程差的光信号进行输出；由三端口环形器控制光信号的走向，通过与光纤白光干涉系统光路的连接，进行光程相关。
光学谐振腔为一个谐振型Fabry-Perot腔通过一个2×2光纤耦合器将输入光信号(1)导入，将输出光信号(14)导出，反射扫描镜(2)正对着光纤准直器(3)，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的c端和连接一个固定反射镜(5)，而输入光信号(1)则穿过光隔离器(9)通过耦合器(4)的b端耦合到由反射扫描镜(2)、光纤准直器(3)和固定反射镜(5)组成的谐振型Fabry-Perot光学腔，谐振型Fabry-Perot腔的腔长通过移动反射扫描镜3进行光程调整，在谐振腔中多次来回往返的光信号通过耦合器(4)的d端(14)输出。
谐振型Fabry-Perot腔的另一个固定反射镜由可移动的反射扫描镜(6)和光纤准直器(7)构成，在入射光路中，连接一个三端口光纤环行器(8)。
谐振型Fabry-Perot腔的两个反射扫描镜共用同一个反射扫描镜(2)，光信号输入端口与光纤耦合器(4)之间插入一个光隔离器(9)。
光学谐振腔为一个有三个反射端的Smith型光纤谐振腔，谐振腔是由一个2×2光纤耦合器组成的，反射扫描镜(2)正对着光纤准直器(3)，移动反射扫描镜可以调整腔长，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接一个固定反射镜(10)，而光纤耦合器(4)的c端连接另一个固定反射镜(5)，光纤耦合器(4)的d端连接一个三端口光纤环形器8的f端，入射光信号通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的端口输出。
Smith型光纤谐振腔也是由两个可移动的反射扫描镜构成，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接另一个固光纤准直器(7)，正对着一个反射扫描镜(6)，而光纤耦合器(4)的c端连接另一个固定反射镜(5)，光纤耦合器(4)的d端连接一个三端口光纤环形器(8)的f端，入射光信号通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的端口输出。
Smith型光纤谐振腔是由三个可移动的反射扫描镜构成，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接第二个固光纤准直器(7)，正对着一个反射扫描镜(6)，而光纤耦合器(4)的c端连接第三个光纤准直器(12)，正对着反射扫描镜(11)，光纤耦合器(4)的d端连接一个三端口光纤环形器(8)的f端，入射光信号通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的端口输出。
光学谐振腔是一个组合型的光纤谐振腔，由两个2×2光纤耦合器组成，反射扫描镜(11)正对着光纤准直器(12)，移动反射扫描镜可调整腔长，光纤准直器(12)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接一个固定反射镜(5)，光纤耦合器(4)的c端与耦合器(13)的s端连接，光纤耦合器(4)的d端则与光纤耦合器(13)的k端连接，入射光信号通过耦合器(13)进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤耦合器(13)的端口输出。
组合型的光纤谐振腔是由两个可移动的反射扫描镜构成，反射扫描镜(11)正对着光纤准直器(12)，光纤准直器(12)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接一个固定反射镜(5)，第二个反射扫描镜(6)正对着光纤准直器(7)，光纤准直器(7)与耦合器(13)的l端连接并通过耦合器(13)的k端口与耦合器(4)的d端相连接，光纤耦合器(4)的c端与光纤耦合器(13)的s端连接，通过耦合器(13)的m端口与一个三端口光纤环形器(8)的f端相连，入射光信号(1)通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的g端口输出。
组合型的光纤谐振腔是由三个可移动的反射扫描镜构成，反射扫描镜(2)正对着光纤准直器(3)，与耦合器4的b端相连，第二个反射扫描镜(11)正对着光纤准直器(12)，光纤准直器(12)与耦合器(4)的a端连接，第三个反射扫描镜(6)正对着光纤准直器(7)，光纤准直器(7)与耦合器(13)的l端连接并通过耦合器(13)的k端口与耦合器(4)的d端相连接，而光纤耦合器(4)的c端与光纤耦合器(13)的s端连接，通过耦合器(13)的m端口与一个三端口光纤环形器(8)的f端相连，入射光信号(1)通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的g端口输出。
本发明的有益效果在于：为了克服在先技术的问题，本发明给出的多路光程相关器实现了多个光程的光路匹配，增强了传感系统的解调能力，简化了光学系统光路结构，降低了系统的成本，提高了系统的稳定性与可靠性。
附图说明
图1(a)是腔长可调的谐振型Fabry-Perot多路光程相关器的光路结构示意图。
图1(b)是具有两个腔长调控装置的谐振型Fabry-Perot多路光程相关器的光路结构示意图，该结构中采用了一个三端口光纤环行器8替换了光隔离器9。
图1(c)是共用一个扫描反射器的腔长可调的谐振型Fabry-Perot多路光程相关器的光路结构示意图。
图2(a)是基于Smith谐振光学结构的腔长可调的多路光程相关器的光路结构示意图。
图2(b)是具有两个腔长调控装置的基于Smith谐振光学结构的光纤光程相关器的光路结构示意图。
图2(c)是具有三个腔长调控装置的基于Smith谐振光学结构的光纤光程相关器的光路结构示意图。
图3(a)是腔长可调的谐振型Fabry-Perot腔与光纤环形反射镜组合而成的多路光程相关器的光路结构示意图。
图3(b)是具有两个腔长调控装置的腔长可调的谐振型Fabry-Perot腔与光纤环形反射镜组合而成的多路光程相关器的光路结构示意图。
图3(c)是具有三个腔长调控装置的腔长可调的谐振型Fabry-Perot腔与光纤环形反射镜组合而成的多路光程相关器的光路结构示意图。
图4是平面反射镜光程扫描式光路结构示意图。
图5是折返式光程扫描棱镜和固定的平面反射镜构成的扫描光路结构示意图。
图6是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的谐振型Fabry-Perot多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。
图7是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的谐振型Smith型多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。
图8是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的复合型型多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明做更详细地描述。
本发明通过一个耦合器将一个光学谐振腔连接在光纤光路中，调整谐振腔长并通过光程的多次往返，使得耦合器能将每次不同的光程输出，从而实现多路光程的相关。这种光程可调的多路光程相关器是由光程可调谐振光学腔，光纤耦合器，三端口或四端口光纤环形器连接组成。其功能是(1)由腔长可调的光学谐振腔往返振荡产生可调整的多路光程差信号；(2)由耦合器将含有多路光程差的光信号进行输出；(3)由三端口环形器控制光信号的走向，通过与光纤白光干涉系统光路的连接，从而实现同时与光程各不相同的光纤传感器进行光程相关，达到多种长度光纤传感器同时解调的目的。
按照本发明的思想，能够达到本发明目的谐振腔长可调的多路光程相关器的光学结构有三类，每类各有三种变化，分述如下。
第一类：该腔长可调的谐振型多路光程相关器的主体是一个Fabry-Perot型光纤干涉仪通过一个2×2光纤耦合器组成的，反射扫描镜2正对着光纤准直器3，光纤准直器3与耦合器4的a端连接，光纤耦合器4的c端和连接一个固定反射镜5，而输入光信号1则通过耦合器4的b端耦合到由反射扫描镜2、光纤准直器3和固定反射镜5组成的Fabry-Perot型光纤干涉仪。该Fabry-Perot型干涉仪的腔长通过移动反射扫描镜3进行调整，在谐振腔中多次来回往返的光程信号通过耦合器4的d端14输出，如图1(a)所示。
其工作原理是，入射光信号1穿过光隔离器9，通过耦合器4的b端口进入，一部分光直接由耦合器4的端口d输出，另一部分经过c端抵达反射镜5，经过反射镜5的反射后部分光被光隔离器隔离掉，另一部分光经过耦合器4的端口a到达光纤准直器3，准直光经反射扫描镜2反射回来，然后分成两部分，一部分由耦合器4的端口d输出，另一部分再次由耦合器端口c进入第二次循环。于是在耦合器端口d就会有一系列多路光程不同的光输出信号14。所输出的多个光程的光程差分别为：
ΔS1＝2(nL2+nL0+X)
ΔS2＝4(nL2+nL0+X) (1)
......
ΔSN＝2N(nL2+nL0+X)
该谐振型Fabry-Perot腔的另一个固定反射镜也可由可移动的反射扫描镜6和光纤准直器7构成，在入射光路中，还可连接一个三端口光纤环行器8，一方面可以阻止入射光信号返回到光源，另一方面，增加了一个多路光程可调的输出端口15，如图1(b)所示。此外，该谐振型Fabry-Perot腔的两个反射扫描镜可以共用同一个反射扫描镜2，同时在光信号输入1端口与光纤耦合器4之间插入一个光隔离器9来阻止入射光信号返回到光源，如图1(c)所示。
第二类：该腔长可调的谐振型多路光程相关器的主体是一个有三个反射端的Smith型光纤谐振腔，该谐振腔是由一个2×2光纤耦合器组成的，反射扫描镜2正对着光纤准直器3，移动反射扫描镜可以调整腔长，光纤准直器3与耦合器4的a端连接，光纤耦合器4的b端连接一个固定反射镜10，而光纤耦合器4的c端连接另一个固定反射镜5，光纤耦合器4的d端连接一个三端口光纤环形器8的f端。入射光信号通过光纤环形器8的端口e进入光程相关器，输出信号14经由光纤环形器8的端口输出，如图2(a)所示。
类似的，该Smith型光纤谐振腔也可以是由两个可移动的反射扫描镜2和6构成，这样就扩大了调整腔长的灵活性。光纤准直器3与耦合器4的a端连接，光纤耦合器4的b端连接另一个固光纤准直器7，正对着一个反射扫描镜6，而光纤耦合器4的c端连接另一个固定反射镜5，光纤耦合器4的d端连接一个三端口光纤环形器8的f端。入射光信号通过光纤环形器8的端口e进入光程相关器，输出信号14经由光纤环形器8的端口输出，如图2(b)所示。
此外，该Smith型光纤谐振腔还可以是由三个可移动的反射扫描镜2、6和11构成，这样就进一步扩大了腔长可调整的范围。光纤准直器3与耦合器4的a端连接，光纤耦合器4的b端连接第二个固光纤准直器7，正对着一个反射扫描镜6，而光纤耦合器4的c端连接第三个光纤准直器12，正对着反射扫描镜11，光纤耦合器4的d端连接一个三端口光纤环形器8的f端。入射光信号通过光纤环形器8的端口e进入光程相关器，输出信号14经由光纤环形器8的端口输出，如图2(c)所示。
第三类：该腔长可调的谐振型多路光程相关器的主体是一个组合型的光纤谐振腔，该谐振腔是由两个2×2光纤耦合器4和13组成的，反射扫描镜11正对着光纤准直器12，移动反射扫描镜可以调整腔长，光纤准直器12与耦合器4的a端连接，光纤耦合器4的b端连接一个固定反射镜5，而光纤耦合器4的c端与耦合器13的s端连接，光纤耦合器4的d端则与光纤耦合器13的k端连接。入射光信号通过耦合器13进入光程相关器，输出信号14经由光纤耦合器13的端口输出，如图3(a)所示。
类似的，该组合型的光纤谐振腔也可以是由两个可移动的反射扫描镜11和6构成，这样就扩大了调整腔长的灵活性。反射扫描镜11正对着光纤准直器12，通过位移可以调整腔长，光纤准直器12与耦合器4的a端连接，光纤耦合器4的b端连接一个固定反射镜5。第二个反射扫描镜6正对着光纤准直器7，光纤准直器7与耦合器13的l端连接并通过耦合器13的k端口与耦合器4的d端相连接。而光纤耦合器4的c端与光纤耦合器13的s端连接，通过耦合器13的m端口与一个三端口光纤环形器8的f端相连。入射光信号1通过光纤环形器8的端口e进入光程相关器，输出信号14经由光纤环形器8的g端口输出，如图3(b)所示。
图3(b)是具有两个腔长调控装置的腔长可调的谐振型Fabry-Perot腔与光纤环形反射镜组合而成的多路光程相关器的光路结构示意图，该结构中采用了一个三端口光纤环行器8，一方面隔离了返回光源的光信号，另一方面增加了一个输出端。
图3(c)是具有三个腔长调控装置的腔长可调的谐振型Fabry-Perot腔与光纤环形反射镜组合而成的多路光程相关器的光路结构示意图，该结构中采用了一个三端口光纤环行器8，一方面隔离了返回光源的光信号，另一方面增加了一个输出端。
此外，该组合型的光纤谐振腔还可以是由三个可移动的反射扫描镜2、11和6构成，这样就进一步扩大了腔长可调整的范围。反射扫描镜2正对着光纤准直器3，通过位移可以调整腔长，并与耦合器4的b端相连。同样的，第二个反射扫描镜11正对着光纤准直器12，光纤准直器12与耦合器4的a端连接。第三个反射扫描镜6正对着光纤准直器7，光纤准直器7与耦合器13的l端连接并通过耦合器13的k端口与耦合器4的d端相连接。而光纤耦合器4的c端与光纤耦合器13的s端连接，通过耦合器13的m端口与一个三端口光纤环形器8的f端相连。入射光信号1通过光纤环形器8的端口e进入光程相关器，输出信号14经由光纤环形器8的g端口输出，如图3(c)所示。
空域相关扫描最常用的技术是基于位移台的空间光程延迟线技术。主要有两种工作形式，其一是准直光束的反射式位移扫描，如图4所示；其二是直角棱镜的折反透射式位移扫描，其工作原理如图5所示。
图4中，光纤中的输入光信号1经过自聚焦透镜光纤准直器3的准直后，射向可移动的平面反射镜2，由于平面反射镜的空间光程X是可变的(例如：对于扫描距离为100mm行程的位移台而言，其空间光程的变换范围为0～100mm)，因此可以通过精确的控制移动反射镜在空间的位置，就能自由的调整光程。
类似的，图5给出的是一种通过光纤准直器3，将空间传输的光信号1进行准直，然后通过一个直角反射棱镜16，使空间传输的光被其两次反射并改变传播方向后，到达一个固定的反射镜5，然后按原路径返回并由光纤端输出信号14。棱镜的作用是实现空间光程的折反，在扫描位移平台的带动下，棱镜可以使空间光程发生2X的改变。对于移动范围为0～100mm的位移台而言，可使从输入光纤到输出光纤的透射传输光程发生变化而产生光程延迟，延迟量为0～200mm。利用光学延迟线的光学扫描延迟，可以构造光纤干涉解调仪，进而通过与光纤干涉测量仪的待测光程差进行匹配相关，从而可以检测由光纤干涉测量仪与解调仪相关所产生的白光干涉中心条纹，中心条纹位于扫描台的空间位置，即对应两光程差绝对相等处。将反射镜或棱镜位置停留到中心条纹处，即可实现光纤干涉仪光程差的平衡和匹配。
图6是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的谐振型Fabry-Perot多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。该结构中采用了一个三端口光纤环行器8，将多路光程相关器输出的光信号输入到多个与之相匹配的光纤传感器阵列18中，然后将匹配干涉信号再反射回来，由光电探测器进行光电转换放大后，送到信号处理单元19完成信号处理。
图7是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的谐振型Smith型多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。该结构中采用了一个四端口光纤环行器20，将多路光程相关器输出的光信号输入到多个与之相匹配的光纤传感器阵列18中，然后将匹配干涉信号再反射回来，由光电探测器进行光电转换放大后，送到信号处理单元19完成信号处理。
图8是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的复合型型多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。该结构中采用了一个四端口光纤环行器20，将多路光程相关器输出的光信号输入到多个与之相匹配的光纤传感器阵列18中，然后将匹配干涉信号再反射回来，由光电探测器进行光电转换放大后，送到信号处理单元19完成信号处理。
图6是具体实施干涉传感测量时采用腔长可调的谐振型Fabry-Perot多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。该传感测量系统采用ASE宽带光源17作为系统的光源，由光源发出的光经过光隔离器9注入到光纤耦合器4中，进入耦合器4的光被分成两束，一束直接经过光纤环形器8由e端口经过f端口注入到多路光纤传感器阵列18中；另一束则抵达固定反射镜5后返回，经过耦合器4后经过光纤准直器3达到扫描反射镜2，其光程经过调整后再次经由耦合器4，被分成两路，一路通过三端口环形器8的e端口经f端口被注入到光纤传感器阵列18；另一路则再次返回到谐振型Fabry-Perot腔中进行第三次循环、第四次循环…直到第N此循环。三端口光纤环行器8则将来自光源的光信号和每次循环获得的光程差不同的光信号，输入到多个与之相匹配的光纤传感器阵列18中，然后将匹配干涉信号再反射回来，由光电探测器进行光电转换放大后，送到信号处理单元19完成信号处理。由于多次循环可产生多种光程，因此，对于每个传感器具有不同长度的光纤传感器阵列可以达到同时进行光程匹配测量的目的。
采用光纤进行准分布式白光干涉传感测量系统的光路构造的形式有多种，图7是采用腔长可调的Simth谐振型多路光程相关器所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统示意图。该传感测量系统采用ASE宽带光源17作为系统的光源，由光源发出的光经过四端口光纤环形器20，经由端口e并通过端口f将光注入到光纤耦合器4中，进入耦合器4的光被分成两束，一束直接抵达固定反射镜5A；另一束经过耦合器4后经过光纤准直器3达到扫描反射镜2，这两束光分别经过耦合器4后，一部分经过四端口光纤环形器20的f端通过端口g被注入光纤传感器阵列18；另一部分抵达固定反射镜5B后被再次反射回来进入第二次分光循环，…直到第N此循环。四端口光纤环行器20则将来自每次循环获得的光程差不同的光信号，输入到多个与之相匹配的光纤传感器阵列18中，然后将匹配干涉信号再反射回来，由光电探测器进行光电转换放大后，送到信号处理单元19完成信号处理。由于多次循环可产生多种光程，因此，采用Smith谐振型多路光程相关器能实现对于每个具有不同长度的光纤传感器达到同时进行光程匹配测量的目的。
第三个应用实施例由图8给出。在该传感测量系统中，采用腔长可调的复合型多路光程相关器，所构造出来的光纤白光干涉多路传感测量系统中采用了一个四端口光纤环行器20。由光源17发出的光经过四端口光纤环形器20，经由端口e并通过端口f将光注入到光纤耦合器13中，进入耦合器13的光被分成两束，一束直接抵达固定反射镜5；另一束经过耦合器4后经过光纤准直器3达到扫描反射镜2，这两束光分别经过耦合器4后，一部分经过光纤耦合器13直接通过四端口光纤环形器20的f端通过端口g被注入光纤传感器阵列18；另一部分经过耦合器13后到达光纤准直器7，然后经过扫描反射镜6反射回耦合器13。这部分返回的光的一部分经过光纤环路k-s后直接通过四端口光纤环形器注入到光纤传感器阵列18；另一部分再次经过耦合器4进入第二次分光循环，…直到第N此循环。四端口光纤环行器20则将来自每次循环获得的光程差不同的光信号，输入到多个与之相匹配的光纤传感器阵列18中，然后将匹配干涉信号再反射回来，由光电探测器进行光电转换放大后，送到信号处理单元19完成信号处理。由于多次循环可产生多种光程，因此，采用这种复合谐振型多路光程相关器同样能实现对于每个具有不同长度的光纤传感器达到同时进行光程匹配测量的目的。
谐振腔长可调的多路光程相关器中可移动的反射端是由自聚焦透镜型光纤准直器和动态扫描平面反射镜构成的。
谐振腔长可调的多路光程相关器中的可移动的反射端也可以是由自聚焦透镜型光纤准直器、固定的平面反射镜和动态扫描直角棱镜构成的，如图5所示。
Claims (10)
1.一种谐振腔长可调的多路光程相关器，通过一个耦合器将一个光学谐振腔连接在光纤光路中，调整谐振腔长并通过光程的多次往返，其特征在于：由光程可调光学谐振腔，光纤耦合器，三端口或四端口光纤环形器连接组成，光学谐振腔往返振荡产生可调整的多路光程差信号；由耦合器将含有多路光程差的光信号进行输出；由三端口环形器控制光信号的走向，通过与光纤白光干涉系统光路的连接，进行光程相关。
2.根据权利要求1所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的光学谐振腔为一个谐振型Fabry-Perot腔通过一个2×2光纤耦合器将输入光信号(1)导入，将输出光信号(14)导出，反射扫描镜(2)正对着光纤准直器(3)，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的c端和连接一个固定反射镜(5)，而输入光信号(1)则穿过光隔离器(9)通过耦合器(4)的b端耦合到由反射扫描镜(2)、光纤准直器(3)和固定反射镜(5)组成的谐振型Fabry-Perot光学腔，谐振型Fabry-Perot腔的腔长通过移动反射扫描镜3进行光程调整，在谐振腔中多次来回往返的光信号通过耦合器(4)的d端(14)输出。
3.根据权利要求2所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的谐振型Fabry-Perot腔的另一个固定反射镜由可移动的反射扫描镜(6)和光纤准直器(7)构成，在入射光路中，连接一个三端口光纤环行器(8)。
4.根据权利要求2所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的谐振型Fabry-Perot腔的两个反射扫描镜共用同一个反射扫描镜(2)，光信号输入端口与光纤耦合器(4)之间插入一个光隔离器(9)。
5.根据权利要求1所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的光学谐振腔为一个有三个反射端的Smith型光纤谐振腔，谐振腔是由一个2×2光纤耦合器组成的，反射扫描镜(2)正对着光纤准直器(3)，移动反射扫描镜可以调整腔长，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接一个固定反射镜(10)，而光纤耦合器(4)的c端连接另一个固定反射镜(5)，光纤耦合器(4)的d端连接一个三端口光纤环形器8的f端，入射光信号通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的端口输出。
6.根据权利要求5所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的Smith型光纤谐振腔也是由两个可移动的反射扫描镜构成，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接另一个固光纤准直器(7)，正对着一个反射扫描镜(6)，而光纤耦合器(4)的c端连接另一个固定反射镜(5)，光纤耦合器(4)的d端连接一个三端口光纤环形器(8)的f端，入射光信号通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的端口输出。
7.根据权利要求5所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的Smith型光纤谐振腔是由三个可移动的反射扫描镜构成，光纤准直器(3)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接第二个固光纤准直器(7)，正对着一个反射扫描镜(6)，而光纤耦合器(4)的c端连接第三个光纤准直器(12)，正对着反射扫描镜(11)，光纤耦合器(4)的d端连接一个三端口光纤环形器(8)的f端，入射光信号通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的端口输出。
8.根据权利要求1所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的光学谐振腔是一个组合型的光纤谐振腔，由两个2×2光纤耦合器组成，反射扫描镜(11)正对着光纤准直器(12)，移动反射扫描镜可调整腔长，光纤准直器(12)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接一个固定反射镜(5)，光纤耦合器(4)的c端与耦合器(13)的s端连接，光纤耦合器(4)的d端则与光纤耦合器(13)的k端连接，入射光信号通过耦合器(13)进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤耦合器(13)的端口输出。
9.根据权利要求8所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的组合型的光纤谐振腔是由两个可移动的反射扫描镜构成，反射扫描镜(11)正对着光纤准直器(12)，光纤准直器(12)与耦合器(4)的a端连接，光纤耦合器(4)的b端连接一个固定反射镜(5)，第二个反射扫描镜(6)正对着光纤准直器(7)，光纤准直器(7)与耦合器(13)的l端连接并通过耦合器(13)的k端口与耦合器(4)的d端相连接，光纤耦合器(4)的c端与光纤耦合器(13)的s端连接，通过耦合器(13)的m端口与一个三端口光纤环形器(8)的f端相连，入射光信号(1)通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的g端口输出。
10.根据权利要求8所述的一种谐振腔长可调的多路光程相关器，其特征在于：所述的组合型的光纤谐振腔是由三个可移动的反射扫描镜构成，反射扫描镜(2)正对着光纤准直器(3)，与耦合器4的b端相连，第二个反射扫描镜(11)正对着光纤准直器(12)，光纤准直器(12)与耦合器(4)的a端连接，第三个反射扫描镜(6)正对着光纤准直器(7)，光纤准直器(7)与耦合器(13)的l端连接并通过耦合器(13)的k端口与耦合器(4)的d端相连接，而光纤耦合器(4)的c端与光纤耦合器(13)的s端连接，通过耦合器(13)的m端口与一个三端口光纤环形器(8)的f端相连，入射光信号(1)通过光纤环形器(8)的端口e进入光程相关器，输出信号(14)经由光纤环形器(8)的g端口输出。
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