CN107741244B - 一种具有全保偏功能的m-z干涉光路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有全保偏功能的M‑Z干涉光路结构，包括偏振分光装置、第一保偏中转装置、第一法拉第旋转镜、第二保偏中转装置、第二法拉第旋转镜、第一保偏耦合器。第一保偏中转装置包括第一端口、第二端口、第三端口，其中第一端口接收偏振分光装置输出的第一偏振光，第二端口与第一法拉第旋转镜相连，第三端口与第一保偏耦合器的第一端口相连。第二保偏中转装置包括第一端口、第二端口、第三端口，其中第一端口接收偏振分光装置输出的第二偏振光，第二端口与第二法拉第旋转镜相连，第三端口与第一保偏耦合器的第二端口相连。本发明适用于长距离分布式光纤传感，如用于光纤通信干线的监控，长距离周界、石油、天然气管线的安全性监控等领域。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构。
背景技术
随着光纤技术的发展，光纤传感技术为越来越多的应用领域所重视，其中M-Z(Mach-Zehnder，马赫-曾德尔)干涉结构是常见的一种传感技术，常被用于光纤周界等振动探测技术中(参考文献：激光与红外，朱燕、代志勇等，分布式光纤振动传感技术及发展动态，2011,10，P1072)，具体结构如图1所示，其中，L1和L2为单模光纤，第一耦合器1将光源发出的光分成两路，分别注入单模光纤L1和L2，经单模光纤L1、L2传输的光在第二耦合器2处汇合，发生干涉，干涉信号经由探测器进行探测。在该结构中，单模光纤L1和/或L2即为传感光纤，当有外界扰动作用在传感光纤，例如单模光纤L1上，将引起光程的变化，通过干涉作用，便可将光程变化转变为干涉光强的变化，从而实现对线路扰动情况的监测。
上述M-Z干涉结构虽然实现简单，但是，由于单模光纤自身的偏振特性极易受到外界环境因素的影响，致使在经单模光纤L1、L2传输后的两束光到达第二耦合器2处的偏振状态是随机的，因此形成干涉的光的偏振态也一直在发生着变化，在极端情况下，当这两束光偏振态相互正交时，这两束光将不会形成干涉，探测器将探测不到干涉信号。因此，这种利用单模光纤实现的M-Z结构，常因偏振稳定性差，而出现严重的误、漏报。由光学知识可知，如果利用保偏光纤构成全保偏结构，可以解决偏振稳定性差的问题，但是，由于保偏光纤的成本因素，降低了该技术的可用性。同时，该技术也无法利用已经布设好的通信光缆实现传感，不适用于分布式光纤传感。在分布式光纤传感技术中，为了保证技术的实用性，仍采用通信上常用的单模光纤作为传感光纤，例如，在油气管线安全监测技术中，利用沿着油气管线铺设的单模光缆实现传感。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，用于解决因单模光纤偏振易感性造成的偏振稳定性差而无法实现传感的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，包括偏振分光装置、第一保偏中转装置、第二保偏中转装置、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、第一保偏耦合器，所述偏振分光装置用于接收光源输入的光，并输出偏振状态一致的第一偏振光和第二偏振光；所述第一保偏中转装置包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一保偏中转装置的第一端口接收所述偏振分光装置输出的所述第一偏振光，所述第一保偏中转装置的第二端口与所述第一法拉第旋转镜相连，所述第一保偏中转装置的第三端口与所述第一保偏耦合器的第一端口相连，其中，所述第一保偏中转装置的第一端口与所述偏振分光装置之间、所述第一保偏中转装置的第三端口与所述第一保偏耦合器的第一端口之间相连的光纤是保偏光纤；所述第二保偏中转装置包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第二保偏中转装置的第一端口接收所述偏振分光装置输出的所述第二偏振光，所述第二保偏中转装置的第二端口与所述第二法拉第旋转镜相连，所述第二保偏中转装置的第三端口与所述第一保偏耦合器的第二端口相连，其中，所述第二保偏中转装置的第一端口与所述偏振分光装置之间、所述第二保偏中转装置的第三端口与所述第一保偏耦合器的第二端口之间相连的光纤是保偏光纤。
进一步地，所述M-Z干涉光路结构还包括注入光纤，所述光源输入的光是线偏振光，所述注入光纤为保偏光纤，所述线偏振光沿着所述注入光纤的工作主轴的偏振主轴输入所述偏振分光装置。
进一步地，所述偏振分光装置是保偏分束器。
进一步地，所述偏振分光装置为保偏耦合装置。
进一步地，所述偏振分光装置是单轴或双轴工作的保偏耦合装置。
进一步地，所述第一保偏中转装置和所述第二保偏中转装置均是偏振分束器，所述第一保偏中转装置的第一端口和第三端口是分波端口，所述第一保偏中转装置的第二端口是合波端口，所述第二保偏中转装置的第一端口和第三端口是分波端口，所述第二保偏中转装置的第二端口是合波端口。
进一步地，所述第一保偏中转装置和第二保偏中转装置均采用90°的保偏熔接。
进一步地，所述第一保偏中转装置包括第一保偏环形器、第一偏振器，所述第一保偏环形器的第一端口接收所述偏振分光装置输出的所述第一偏振光，所述第一保偏环形器的第二端口与所述第一法拉第旋转镜相连，所述第一保偏环形器的第三端口与所述第一偏振器相连，所述第一偏振器与所述第一保偏耦合器的第一端口相连，其中，所述第一保偏环形器的第一端口与所述偏振分光装置之间、所述第一保偏环形器的第三端口与所述第一偏振器之间、所述第一偏振器与所述第一保偏耦合器的第一端口之间相连的光纤是保偏光纤；所述第二保偏中转装置包括第二保偏环形器、第二偏振器，所述第二保偏环形器的第一端口接收所述偏振分光装置输出的所述第二偏振光，所述第二保偏环形器的第二端口与所述第二法拉第旋转镜相连，所述第二保偏环形器的第三端口与所述第二偏振器相连，所述第二偏振器与所述第一保偏耦合器的第二端口相连，其中，所述第二保偏环形器的第一端口与所述偏振分光装置之间、所述第二保偏环形器的第三端口与所述第二偏振器之间、所述第二偏振器与所述第一保偏耦合器的第二端口之间相连的光纤是保偏光纤。
进一步地，所述第一保偏中转装置的第二端口与所述第一法拉第旋转镜之间、所述第二保偏中转装置的第二端口与所述第二法拉第旋转镜之间相连的光纤被传感光缆包裹。
进一步地，所述第一保偏耦合器为两路或多路保偏光纤耦合器。
本发明的一种具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，具有以下有益效果：
(1)利用保偏光纤器件的特性，在干涉光路中存在单模光纤的情况下，实现了具有全保偏功能的M-Z光路结构；
(2)相干光束偏振一致性高，具有高的干涉条纹清晰度，可获得高的测量灵敏度、精度；
(3)干涉光束采取单偏振工作模式，可以在一定程度上消除光纤路径中的背向散射光的影响；
(4)由于单模光纤的使用，可利用单模光纤作为传感光纤，特别是可利用已铺设好的通信用光缆实现传感，适用性强，易于该技术的推广与应用。
本发明特别适用于长距离分布式光纤传感，例如，可用于光纤通信干线的监控，长距离周界、石油、天然气管线的安全性监控等领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是现有的一种M-Z干涉光路结构。
图2为本发明第一实施例的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构。
图3为本发明第二实施例的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构。
图4为本发明第三实施例的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构。
其中，L1和L2为单模光纤，1为第一耦合器、2为第二耦合器，3为偏振分光装置，4为第一保偏中转装置，5为第一法拉第旋转镜，6为第二保偏中转装置，7为第二法拉第旋转镜，8为第一保偏耦合器；9为3的注入光纤，为保偏光纤；10为偏振分光装置3与第一保偏中转装置4之间的光纤；11为第一保偏中转装置4与第一保偏耦合器8之间的光纤；12为偏振分光装置3、第二保偏中转装置6之间的光纤；13为第二保偏中转装置6、第一保偏耦合器8之间的光纤；14为第一保偏中转装置4、第一法拉第旋转镜5之间的光纤；15为第二保偏中转装置6、第二法拉第旋转镜7之间的光纤；41为第一保偏环形器，61为第二保偏环形器，42为第一偏振器，62为第二偏振器；111为第一保偏环形器41、第一偏振器42之间的光纤；131为第二保偏环形器61、第二偏振器62之间的光纤；112为第一保偏耦合器8、第一偏振器42之间的光纤；132为第一保偏耦合器8、第二偏振器62之间的光纤；16为传感光缆，17为第一保偏耦合器8的输出光纤。
具体实施方式
图2为本发明第一实施例的M-Z干涉光路结构。如图2所示，本发明第一实施例的M-Z干涉光路结构包括偏振分光装置3、第一保偏中转装置4、第一法拉第旋转镜5、第二保偏中转装置6、第二法拉第旋转镜7、第一保偏耦合器8。
在一实施方式中，偏振分光装置3可以但不限于为保偏分束器，也可以为单轴或双轴工作的保偏耦合装置，和/或第一保偏中转装置4可以但不限于为偏振分束器，也可以为保偏环形器，和/或第一保偏中转装置6可以但不限于为偏振分束器，也可以为保偏环形器，和/或第一保偏耦合器8可以但不限于两路保偏光纤耦合器，也可以为多路保偏光纤耦合器。其中，第一保偏中转装置4是偏振分束器时，第一保偏中转装置4的第一端口和第三端口是分波端口，第一保偏中转装置4的第二端口是合波端口；第二保偏中转装置6是偏振分束器时，第二保偏中转装置6的第一端口和第三端口是分波端口，第二保偏中转装置6的第二端口是合波端口。
在一实施方式中，M-Z干涉光路结构还包括注入光纤9，光源输入的光是线偏振光，注入光纤9为保偏光纤，线偏振光沿着注入光纤9的工作主轴的偏振主轴输入偏振分光装置3，因注入光纤9是保偏光纤，则在注入光纤9中线偏振光的偏振方向保持不变。
第一保偏中转装置4包括第一端口、第二端口、第三端口，第一保偏中转装置4的第一端口接收偏振分光装置3输出的第一偏振光，第一保偏中转装置4的第二端口与第一法拉第旋转镜5相连，第一保偏中转装置4的第三端口与第一保偏耦合器8的第一端口相连，其中，第一保偏中转装置4的第一端口与偏振分光装置3之间相连的光纤10、第一保偏中转装置4的第三端口与第一保偏耦合器8的第一端口之间相连的光纤11均是保偏光纤。第二保偏中转装置6包括第一端口、第二端口、第三端口，第二保偏中转装置6的第一端口接收偏振分光装置3输出的第二偏振光，第二保偏中转装置6的第二端口与第二法拉第旋转镜7相连，第二保偏中转装置6的第三端口与第一保偏耦合器8的第二端口相连，其中，第二保偏中转装置6的第一端口与偏振分光装置3之间相连的光纤12、第二保偏中转装置6的第三端口与第一保偏耦合器8的第二端口之间相连的光纤13均是保偏光纤。
其中，偏振分光装置3用于接收光源输入的光，并输出偏振状态一致的第一偏振光和第二偏振光。偏振分光装置3是偏振分光的器件，用于获得两束偏振状态一致的偏振光，但本发明并不以此为限，偏振分光装置3也可以是获得具有确定偏振状态的多路光束的器件。
第一保偏中转装置4具有从第一端口输入的光，光仅从第二端口输出，从第二端口输入的光，光仅从第三端口输出的功能；第二保偏中转装置6具有从第一端口输入的光，光仅从第二端口输出，从第二端口输入的光，光仅从第三端口输出的功能。
具体地，当光源输入到偏振分光装置3，偏振分光装置3通过偏振分光，获得两束偏振状态一致的偏振光。这两束偏振光分别为第一偏振光和第二偏振光。第一偏振光先通过光纤10输入到第一保偏中转装置4的第一端口，而光纤10是保偏光纤，则在光纤10中第一偏振光的偏振方向保持不变。第一偏振光再从第一保偏中转装置4的第二端口输出，通过连接在第一保偏中转装置4的第二端口和法拉第旋转镜5之间的光纤14，传输到法拉第旋转镜5，经法拉第旋转镜5反射后经光纤14原路返回至第一保偏中转装置4的第二端口。其中，第一偏振光在传输到法拉第旋转镜5时和从法拉第旋转镜5反射输出时，其偏振方向会旋转90度，而第一偏振光在光纤14中是原路返回的，所以无论第一偏振光在光纤14的传输过程中产生何种偏振方向变化，从第一保偏中转装置4的第二端口输出和输入的第一偏振光的偏振方向仅改变了90度，也就是说，光纤14可以使用单模光纤，即使第一偏振光在光纤14中受到外界环境因素的影响而改变偏振方向，但是第一偏振光在回到第一保偏中转装置4的第二端口时，第一偏振光的偏振方向与从第一保偏中转装置4的第二端口输出时是固定改变90度，因此，光纤14即使使用单模光纤，也不影响第一偏振光从光纤14输出时相对从光纤14输入时的偏振光的偏振态的稳定性。
同样，第二偏振光通过光纤12输入到第二保偏中转装置6的第一端口，而光纤12是保偏光纤，则在光纤12中第二偏振光的偏振态保持不变。第二保偏中转装置6的第二端口输出第二偏振光，通过连接在第二保偏中转装置6的第二端口和法拉第旋转镜7之间的光纤15，传输到法拉第旋转镜7，经法拉第旋转镜7反射后的第二偏振光经光纤15原路返回至第二保偏中转装置6的第二端口。其中，第二偏振光在传输到法拉第旋转镜7时和从法拉第旋转镜7反射输出时，其偏振方向会旋转90度，而第二偏振光在光纤15中是原路返回的，所以无论第一偏振光在光纤15的传输过程中产生何种偏振方向变化，从第二保偏中转装置6的第二端口输出和输入的第二偏振光的偏振方向仅改变了90度，也就是说，光纤15可以使用单模光纤，即使第二偏振光在光纤15中受到外界环境因素的影响而改变偏振方向，但是第二偏振光在回到第二保偏中转装置6的第二端口时，第二偏振光的偏振方向与从第二保偏中转装置6的第二端口输出时是固定改变90度，因此，光纤15即使使用单模光纤，也不影响第一偏振光从光纤15输出时相对从光纤15输入时的偏振态的稳定性。
然后，第一保偏中转装置4的第三端口输出的第一偏振光通过光纤11输入到第一保偏耦合器8，第二保偏中转装置6的第三端口输出的第二偏振光通过光纤13输入到第一保偏耦合器8。其中，光纤11和光纤13是保偏光纤，则在光纤11中第一偏振光的偏振方向保持不变，在光纤13中第二偏振光的偏振方向保持不变。第一偏振光和第二偏振光的偏振状态一致，并在第一保偏耦合器8处进行干涉，干涉信号可由探测器进行探测。
其中，光纤10、光纤11、光纤12、光纤13都是保偏光纤，因而能使与其偏振主轴一致的方向入射的偏振光保持其偏振性。第一偏振光、第二偏振光均沿偏振主轴传输，设光纤10中第一偏振光传输时对应的偏振主轴方向的偏振主轴是工作主轴，则第二偏振光在光纤12中也是沿工作主轴传输。设偏振光在工作主轴方向偏振的光的偏振态为垂直偏振态，用“⊥”表示，与垂直偏振态正交的偏振态为水平偏振，用“∥”表示。则第一偏振光传输到第一保偏中转装置4的第一端口时，第一偏振光是垂直偏振。当第一偏振光从法拉第旋转镜5返回到第一保偏中转装置4的第二端口，第一偏振光相对于其输入第一保偏中转装置4的第一端口时偏振方向旋转了90度，即是水平偏振。第一偏振光从第一保偏中转装置4的第三端口输出时，第一偏振光是水平偏振。同样地，第二偏振光传输到第二保偏中转装置6的第一端口时，第二偏振光是垂直偏振；当第二偏振光从法拉第旋转镜7返回到第二保偏中转装置6的第二端口，第二偏振光相对于其输入第二保偏中转装置6的第一端口时，偏振方向旋转了90度，即是水平偏振；第二偏振光从第二保偏中转装置6的第三端口输出时，第二偏振光是水平偏振。而第一偏振光通过光纤11输入第一保偏耦合器8，第二偏振光通过光纤13输入第一保偏耦合器8，所以输入第一保偏耦合器8的第一偏振光、第二偏振光的偏振态相同且都是水平偏振，第一偏振光、第二偏振光在第一保偏耦合器8处进行干涉，干涉信号可由探测器进行探测。
在一实施方式中，为使偏振光始终沿工作主轴传输，可以根据需要，保偏光纤的熔接采用0°或90°的保偏熔接方式。具体地，沿着注入光纤9的工作主轴的偏振主轴注入一垂直偏振的线偏振光，光纤14、光纤15为单模光纤，第一保偏中转装置4和第二保偏中转装置6为偏振分束器，则第一偏振光从第一保偏中转装置4的第三端口输出时，第一偏振光是水平偏振，则为了使第一偏振光始终沿工作主轴传输，在第一保偏中转装置4的第三端口与光纤11间采用90°的保偏熔接。同样，当第二偏振光从第二保偏中转装置6的第三端口输出时，第二偏振光是水平偏振，为了使第二偏振光始终沿工作主轴传输，在第二保偏中转装置6的第三端口与光纤13间采用90°的保偏熔接。所以输入第一保偏耦合器8的第一偏振光、第二偏振光的偏振态相同且都是垂直偏振，第一偏振光、第二偏振光在第一保偏耦合器8处进行干涉，干涉信号可由探测器进行探测。第一偏振光、第二偏振光的偏振变化如下所示：
Ⅰ：注入光纤9(⊥)→偏振分光装置3(⊥)→光纤10(⊥)→第一保偏中转装置4(⊥)→光纤14(⊥或随机)→第一法拉第旋转镜5(随机)→光纤14(随机)→第一保偏中转装置4(∥)→光纤11(⊥)→第一保偏耦合器8(⊥)
Ⅱ：注入光纤9(⊥)→偏振分光装置3(⊥)→光纤12(⊥)→第二保偏中转装置6(⊥)→光纤15(⊥或随机)→第二法拉第旋转镜7(随机)→光纤15(随机)→第二保偏中转装置6(∥)→光纤13(⊥)→第一保偏耦合器8(⊥)
可见，整个光的传输过程中，除了光纤14、光纤15、第一保偏中转装置4、第二保偏中转装置6中的光，其余的光都沿着保偏光纤工作主轴方向传输，保证了最终回到第一保偏耦合器8时的光偏振态一致；同时，由于确保在相干光束会合时的光的单偏振态，因而可以在一定程度上消除来自传感光纤路径上的背向散射光。
本发明第一实施例采用了单模光纤和法拉第旋转镜的组合，消除了单模光纤上偏振变化对干涉的影响，因而特别适用于长距离分布式光纤传感，如用于光纤通信干线的监控，长距离周界、石油、天然气管线的安全性监控等领域。
图3为本发明第二实施例的M-Z干涉光路结构。如图3所示的M-Z干涉光路结构与图2所示的M-Z干涉光路结构基本相同，不同之处仅仅在于：偏振分光装置3是保偏耦合装置。具体地，偏振分光装置3为单轴或双轴工作的保偏耦合装置；第一保偏中转装置4包括第一保偏环形器41和第一偏振器42；第二保偏中转装置6包括第二保偏环形器61和第二偏振器62。第一保偏环形器41的第一端口接收偏振分光装置3输出的第一偏振光，第一保偏环形器41的第二端口与第一法拉第旋转镜5相连，第一保偏环形器41的第三端口与第一偏振器42相连，第一偏振器42与第一保偏耦合器8的第一端口相连，其中，第一保偏环形器41的第一端口与偏振分光装置3之间相连的光纤10、第一保偏环形器41的第三端口与第一偏振器42之间相连的光纤111、第一偏振器42与第一保偏耦合器8的第一端口之间相连的光纤112均是保偏光纤。第二保偏环形器61的第一端口接收偏振分光装置3输出的第二偏振光，第二保偏环形器61的第二端口与第二法拉第旋转镜7相连，第二保偏环形器61的第三端口与第二偏振器62相连，第二偏振器62与第一保偏耦合器8的第二端口相连，其中，第二保偏环形器61的第一端口与偏振分光装置3之间相连的光纤12、第二保偏环形器61的第三端口与第二偏振器62之间相连的光纤131、第二偏振器62与第一保偏耦合器8的第二端口之间相连的光纤132均是保偏光纤。
其中，第一保偏环形器41具有从第一端口输入的光，光仅从第二端口输出，从第二端口输入的光，光仅从第三端口输出的功能；第二保偏环形器61具有从第一端口输入的光，光仅从第二端口输出，从第二端口输入的光，光仅从第三端口输出的功能。第一偏振器42、第二偏振器62，用于获得偏振光，并过滤掉和偏振光偏振方向不同的杂散光。
在一实施方式中，M-Z干涉光路结构还包括注入光纤9，光源输入的光是线偏振光，注入光纤9为保偏光纤，线偏振光沿着注入光纤9的工作主轴的偏振主轴输入偏振分光装置3，因注入光纤9是保偏光纤，则在注入光纤9中线偏振光的偏振方向保持不变。
其中，光纤10、光纤111、光纤112、光纤12、光纤131、光纤132都是保偏光纤，因而能使与其偏振主轴一致的方向入射的偏振光保持其偏振性。第一偏振光、第二偏振光均沿偏振主轴传输，设光纤10中第一偏振光传输时对应的偏振主轴方向的偏振主轴是工作主轴，则第二偏振光在光纤12中也是沿工作主轴传输。设偏振光在工作主轴方向偏振的光的偏振态为垂直偏振态，用“⊥”表示，与垂直偏振态正交的偏振态为水平偏振，用“∥”表示。则第一偏振光传输到第一保偏环形器41的第一端口时，第一偏振光是垂直偏振。当第一偏振光从法拉第旋转镜5返回到第一保偏环形器41的第二端口，第一偏振光相对于其输入第一保偏环形器41的第一端口时偏振方向旋转了90度，即是水平偏振。第一偏振光从第一保偏环形器41的第三端口输出时，第一偏振光是水平偏振。同样地，第二偏振光传输到第二保偏环形器61的第一端口时，第二偏振光是垂直偏振；当第二偏振光从法拉第旋转镜7返回到第二保偏环形器61的第二端口，第二偏振光相对于其输入第一保偏环形器41的第一端口时偏振方向旋转了90度，即是水平偏振。第二偏振光从第二保偏环形器61的第三端口输出时，第二偏振光是水平偏振。而第一偏振光通过光纤111输入第一偏振器42，再输入第一保偏耦合器8，第二偏振光通过光纤13输入第二偏振器62，再输入第一保偏耦合器8，所以输入第一保偏耦合器8的第一偏振光、第二偏振光的偏振态相同且都是水平偏振，第一偏振光、第二偏振光在第一保偏耦合器8处进行干涉，干涉信号可由探测器进行探测。
在一实施方式中，为使偏振光始终沿工作主轴传输，可以根据需要，保偏光纤的熔接采用0°或90°的保偏熔接方式。具体地，沿着注入光纤9的工作主轴的偏振主轴注入一垂直偏振的线偏振光，光纤14、光纤15为单模光纤，第一保偏中转装置4和第二保偏中转装置6为偏振分束器，则当第一偏振光从第一保偏环形器41的第三端口输出时，第一偏振光是水平偏振，则为了使第一偏振光始终沿工作主轴传输，在第一保偏环形器41的第三端口与光纤111间采用90°的保偏熔接。同样，当第二偏振光从第二保偏环形器61的第三端口输出时，第二偏振光是水平偏振，为了使第二偏振光始终沿工作主轴传输，在第二保偏环形器61的第三端口与光纤131间采用90°的保偏熔接。所以输入第一保偏耦合器8的第一偏振光、第二偏振光的偏振态相同且都是垂直偏振，第一偏振光、第二偏振光在第一保偏耦合器8处进行干涉，干涉信号可由探测器进行探测。第一偏振光、第二偏振光的偏振变化如下所示：
Ⅰ：注入光纤9(⊥)→偏振分光装置3(⊥)→光纤10(⊥)→第一保偏环形器41(⊥)→光纤14(⊥或随机)→第一法拉第旋转镜5(随机)→光纤14(随机)→第一保偏环形器41(∥)→光纤111(⊥)→第一偏振器42(⊥)→光纤112(⊥)→第一保偏耦合器8(⊥)
Ⅱ：注入光纤9(⊥)→偏振分光装置3(⊥)→光纤12(⊥)→第二保偏环形器61(⊥)→光纤15(⊥或随机)→第二法拉第旋转镜7(随机)→光纤15(随机)→第二保偏环形器61(∥)→光纤131(⊥)→第二偏振器62(⊥)→光纤132(⊥)→第一保偏耦合器8(⊥)
可见，整个光的传输过程中，除了光纤14、光纤15、第一保偏环形器41、第二保偏环形器61中的光，其余的光都沿着保偏光纤的工作主轴方向传输，保证了最终回到第一保偏耦合器8时的光偏振态一致；同时，由于确保在相干光束会合时的光的单偏振态，因而可以在一定程度上消除来自传感光纤路径上的背向散射光。
本发明第二实施例采用了单模光纤和法拉第旋转镜的组合，消除了单模光纤上偏振变化对干涉的影响，因而特别适用于长距离分布式光纤传感，如用于光纤通信干线的监控，长距离周界、石油、天然气管线的安全性监控等领域。
图4为本发明第三实施例的M-Z干涉光路结构。如图4所示的M-Z干涉光路结构与图2所示的M-Z干涉光路结构基本相同，不同之处仅仅在于：第一保偏中转装置4的第二端口与第一法拉第旋转镜5之间、第二保偏中转装置6的第二端口与第二法拉第旋转镜7之间相连的光纤被传感光缆16包裹。干涉光路结构包括一探测器，第一保偏耦合器8输出的干涉光从输出光纤17输出至探测器。
具体地，光源为LD光源，光纤14、光纤15为单模光纤，当传感光缆16受到扰动时，将引起光纤14、光纤15上的第一偏振光、第二偏振光的光程的变化，通过干涉作用，便可将光程变化转变为干涉光强的变化，从而探测器通过输出光纤17探测到相应的干涉输出，实现对线路扰动情况的监测，如适用于将传感光缆16布设在周界的围栏上。实验表明，系统不受单模光纤偏振状态的影响，条纹清晰度接近100％。
本发明第三实施例采用了单模光纤和法拉第旋转镜的组合，消除了单模光纤上偏振变化对干涉的影响，因而特别适用于长距离分布式光纤传感，如用于光纤通信干线的监控，长距离周界、石油、天然气管线的安全性监控等领域。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，包括偏振分光装置(3)、第一保偏中转装置(4)、第一法拉第旋转镜(5)、第二保偏中转装置(6)、第二法拉第旋转镜(7)、第一保偏耦合器(8)；
所述偏振分光装置(3)用于接收光源输入的光，并输出偏振状态一致的第一偏振光和第二偏振光；
所述第一保偏中转装置(4)包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一保偏中转装置(4)的第一端口接收所述偏振分光装置(3)输出的所述第一偏振光，所述第一保偏中转装置(4)的第二端口与所述第一法拉第旋转镜(5)相连，所述第一保偏中转装置(4)的第三端口与所述第一保偏耦合器(8)的第一端口相连，其中，所述第一保偏中转装置(4)的第一端口与所述偏振分光装置(3)之间、所述第一保偏中转装置(4)的第三端口与所述第一保偏耦合器(8)的第一端口之间相连的光纤是保偏光纤；
所述第二保偏中转装置(6)包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第二保偏中转装置(6)的第一端口接收所述偏振分光装置(3)输出的所述第二偏振光，所述第二保偏中转装置(6)的第二端口与所述第二法拉第旋转镜(7)相连，所述第二保偏中转装置(6)的第三端口与所述第一保偏耦合器(8)的第二端口相连，其中，所述第二保偏中转装置(6)的第一端口与所述偏振分光装置(3)之间、所述第二保偏中转装置(6)的第三端口与所述第一保偏耦合器(8)的第二端口之间相连的光纤是保偏光纤。
2.如权利要求1所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述M-Z干涉光路结构还包括注入光纤(9)，所述光源输入的光是线偏振光，所述注入光纤(9)为保偏光纤，所述线偏振光沿着所述注入光纤(9)的工作主轴的偏振主轴输入所述偏振分光装置(3)。
3.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述偏振分光装置(3)是保偏分束器。
4.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述偏振分光装置(3)为保偏耦合装置。
5.如权利要求4所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述偏振分光装置(3)为单轴或双轴工作的保偏耦合装置。
6.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述第一保偏中转装置(4)和所述第二保偏中转装置(6)均是偏振分束器，所述第一保偏中转装置(4)的第一端口和第三端口是分波端口，所述第一保偏中转装置(4)的第二端口是合波端口，所述第二保偏中转装置(6)的第一端口和第三端口是分波端口，所述第二保偏中转装置(6)的第二端口是合波端口。
7.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述第一保偏中转装置(4)和第二保偏中转装置(6)均采用90°的保偏熔接。
8.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述第一保偏中转装置(4)包括第一保偏环形器(41)、第一偏振器(42)，所述第一保偏环形器(41)的第一端口接收所述偏振分光装置(3)输出的所述第一偏振光，所述第一保偏环形器(41)的第二端口与所述第一法拉第旋转镜(5)相连，所述第一保偏环形器(41)的第三端口与所述第一偏振器(42)相连，所述第一偏振器(42)与所述第一保偏耦合器(8)的第一端口相连，其中，所述第一保偏环形器(41)的第一端口与所述偏振分光装置(3)之间、所述第一保偏环形器(41)的第三端口与所述第一偏振器(42)之间、所述第一偏振器(42)与所述第一保偏耦合器(8)的第一端口之间相连的光纤是保偏光纤；
所述第二保偏中转装置(6)包括第二保偏环形器(61)、第二偏振器(62)，所述第二保偏环形器(61)的第一端口接收所述偏振分光装置(3)输出的所述第二偏振光，所述第二保偏环形器(61)的第二端口与所述第二法拉第旋转镜(7)相连，所述第二保偏环形器(61)的第三端口与所述第二偏振器(62)相连，所述第二偏振器(62)与所述第一保偏耦合器(8)的第二端口相连，其中，所述第二保偏环形器(61)的第一端口与所述偏振分光装置(3)之间、所述第二保偏环形器(61)的第三端口与所述第二偏振器(62)之间、所述第二偏振器(62)与所述第一保偏耦合器(8)的第二端口之间相连的光纤是保偏光纤。
9.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述第一保偏中转装置(4)的第二端口与所述第一法拉第旋转镜(5)之间、所述第二保偏中转装置(6)的第二端口与所述第二法拉第旋转镜(7)之间相连的光纤被传感光缆(16)包裹。
10.如权利要求1或2所述的具有全保偏功能的M-Z干涉光路结构，其特征在于，所述第一保偏耦合器(8)为两路或多路保偏光纤耦合器。
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