CN109341520A - 基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤传感技术领域，具体的说是一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差的测量装置及方法，其特征在于设有光源、光谱仪、2*2耦合器、补偿光纤、光纤拉伸器、光纤干涉仪，其中光源的输出端以及光谱仪的输出端分别与2*2耦合器的两路输入相接，2*2耦合器的一路输出接光纤干涉仪的输入端/输出端，另一路输出经补偿光纤与光纤干涉仪的输出端/输入端相连接，补偿光纤上设有光纤拉伸器，本发明相对于现有技术，具有操作简便、测量准确等显著的优点。

Description

基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差的测量装置及方法

技术领域：

本发明涉及光纤传感技术领域，具体的说是一种操作简便、测量准确的基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差的测量装置及方法。

背景技术：

光纤干涉仪的两臂长度普遍达到几十米甚至上百米，业内通常采用人工测量的方法,将光纤全部放开，逐段计量，这样在测长过程中容易造成光纤折损产生损耗，且光纤越长，测量误差越大；即便使用OTDR或者脉冲对的方式，两者都受限于自身分辨率和算法精度，进入分米乃至米级误差，无法满足光纤干涉仪的系统设计需求。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种操作简便、测量准确的基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差的测量装置及方法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于设有光源、光谱仪、2*2耦合器、补偿光纤、光纤拉伸器、光纤干涉仪，其中光源的输出端以及光谱仪的输出端分别与2*2耦合器的两路输入相接，2*2耦合器的一路输出接光纤干涉仪的输入端/输出端，另一路输出经补偿光纤与光纤干涉仪的输出端/输入端相连接，补偿光纤上设有光纤拉伸器。

本发明所述光源采用白光光源或宽带光源。

本发明所述2*2耦合器的两路输出信号一路经光纤与下一级2*2耦合器的一路输入相连，另一路输出信号经补偿光纤与下一级2*2耦合器的第二路输入接口相连，补偿光纤上设有光纤拉伸器，下一级2*2耦合器的两路输出端分别与法拉第旋镜相连，用于形成测试迈克尔逊式的光纤干涉仪的测量装置。

本发明所述2*2耦合器的两路输出信号分别与第一1*2耦合器的输入端、第二1*2耦合器的输入端相连，第一1*2耦合器的一路输出端与第二1*2耦合器的一路输出端经光纤相连，第一1*2耦合器的另一路输出以及第二1*2耦合器的另一路输出分别经光纤与M-Z光纤干涉仪的输出端和输入端相连，用于形成测试M-Z光纤干涉仪的测量装置，其中M-Z光纤干涉仪的输出端和输入端是互易的。

本发明还提出了一种光纤干涉仪臂长差的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：搭建好测试光路，补偿光纤的长度需根据光纤干涉仪的使用手册上描述的臂长差提前动手裁好；

步骤2：打开:光源和光谱仪，设置好对应的波长和带宽，随时调节光纤拉伸器，直到在光谱仪上能读到最大的相干光强和最小的波长间隔时，此时的带有光纤拉伸的补偿光纤长度就是待测的光纤干涉仪的臂长差。

本发明与现有技术相比，采用了基于白光干涉的原理实现了光纤干涉仪臂长差的测试方法，利用补偿光纤的思路解决了白光干涉的方案在光纤干涉仪测试臂长差中由于相干长度不足而无法应用的问题，进而充分了利用了白光干涉分辨率高的优点，将测试光纤干涉仪臂长差的精度提升到了厘米以下量级，足以满足相干探测的系统设计的误差许可；由于本发明采用了光纤拉伸器在线微调的方式，避免了光纤干涉仪在成品之后只能手动测量的问题，随着光纤传感领域时分复用方式使用的越来越普遍，ADC或者FPGA对于采样和时序的精度要求越来越严格，进而对于光纤干涉仪的臂长差精度要求越来越严格，本发明简单实用的优势将十分明显，仅仅将光纤干涉仪的输入端和输出端的光纤设置为等长，然后直接接入测试光路进行在线测试即可；此外本发明可以用于各种光纤干涉仪臂长差的测算，F-P光纤干涉仪、迈克尔逊式的光纤干涉仪、Sagnac光纤干涉仪等均可沿用本发明的原理和思路。

附图说明：

附图1是本发明的一种结构示意图。

附图2是本发明中用于形成测试迈克尔逊式的光纤干涉仪的测量装置结构示意图。

附图3是本发明中用于形成测试M-Z光纤干涉仪的测量装置的结构示意图。

附图标记：光源1、光谱仪2、2*2耦合器3、补偿光纤4、光纤拉伸器5、光纤干涉仪6、下一级2*2耦合器7、法拉第旋镜8、第一1*2耦合器9、第二1*2耦合器10。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，本发明提出了一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于设有光源1、光谱仪2、2*2耦合器3、补偿光纤4、光纤拉伸器5、光纤干涉仪6，其中光源1的输出端以及光谱仪2的输出端分别与2*2耦合器3的两路输入相接，2*2耦合器3的一路输出接光纤干涉仪6的输入端/输出端，另一路输出经补偿光纤4与光纤干涉仪6的输出端/输入端相连接，补偿光纤4上设有光纤拉伸器5。

本发明所述光源1采用白光光源或宽带光源。

本发明所述2*2耦合器3的两路输出信号一路经光纤与下一级2*2耦合器7的一路输入相连，另一路输出信号经补偿光纤4与下一级2*2耦合器7的第二路输入接口相连，补偿光纤4上设有光纤拉伸器，下一级2*2耦合器7的两路输出端分别与法拉第旋镜8相连，用于形成测试迈克尔逊式的光纤干涉仪的测量装置。

本发明所述2*2耦合器3的两路输出信号分别与第一1*2耦合器9的输入端、第二1*2耦合器10的输入端相连，第一1*2耦合器9的一路输出端与第二1*2耦合器10的一路输出端经光纤相连，第一1*2耦合器9的另一路输出以及第二1*2耦合器10的另一路输出分别经光纤与M-Z光纤干涉仪的输出端和输入端相连，用于形成测试M-Z光纤干涉仪的测量装置。其中M-Z光纤干涉仪的输出端和输入端是互易的。

本发明还提出了一种光纤干涉仪臂长差的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：搭建好测试光路，补偿光纤的长度需根据光纤干涉仪的使用手册上描述的臂长差提前动手裁好；

步骤2：打开:光源和光谱仪，设置好对应的波长和带宽，随时调节光纤拉伸器，直到在光谱仪上能读到最大的相干光强和最小的波长间隔时，此时的带有光纤拉伸的补偿光纤长度就是待测的光纤干涉仪的臂长差。

本发明与现有技术相比，采用了基于白光干涉的原理实现了光纤干涉仪臂长差的测试方法，利用补偿光纤的思路解决了白光干涉的方案在光纤干涉仪测试臂长差中由于相干长度不足而无法应用的问题，进而充分了利用了白光干涉分辨率高的优点，将测试光纤干涉仪臂长差的精度提升到了厘米以下量级，足以满足相干探测的系统设计的误差许可；由于本发明采用了光纤拉伸器在线微调的方式，避免了光纤干涉仪在成品之后只能手动测量的问题，随着光纤传感领域时分复用方式使用的越来越普遍，ADC或者FPGA对于采样和时序的精度要求越来越严格，进而对于光纤干涉仪的臂长差精度要求越来越严格，本发明简单实用的优势将十分明显，仅仅将光纤干涉仪的输入端和输出端的光纤设置为等长，然后直接接入测试光路进行在线测试即可；此外本发明可以用于各种光纤干涉仪臂长差的测算，F-P光纤干涉仪、迈克尔逊式的光纤干涉仪、Sagnac光纤干涉仪等均可沿用本发明的原理和思路。

Claims (5)

1.一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于设有光源、光谱仪、2*2耦合器、补偿光纤、光纤拉伸器、光纤干涉仪，其中光源的输出端以及光谱仪的输出端分别与2*2耦合器的两路输入相接，2*2耦合器的一路输出接光纤干涉仪的输入端/输出端，另一路输出经补偿光纤与光纤干涉仪的输出端/输入端相连接，补偿光纤上设有光纤拉伸器。

2.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于所述光源采用白光光源或宽带光源。

3.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于所述2*2耦合器的两路输出信号一路经光纤与下一级2*2耦合器的一路输入相连，另一路输出信号经补偿光纤与下一级2*2耦合器的第二路输入接口相连，补偿光纤上设有光纤拉伸器，下一级2*2耦合器的两路输出端分别与法拉第旋镜相连，用于形成测试迈克尔逊式的光纤干涉仪的测量装置。

4.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的光纤干涉仪臂长差测量装置，其特征在于所述2*2耦合器的两路输出信号分别与第一1*2耦合器的输入端、第二1*2耦合器的输入端相连，第一1*2耦合器的一路输出端与第二1*2耦合器的一路输出端经光纤相连，第一1*2耦合器的另一路输出以及第二1*2耦合器的另一路输出分别经光纤与M-Z光纤干涉仪的输出端和输入端相连，用于形成测试M-Z光纤干涉仪的测量装置。其中M-Z光纤干涉仪的输出端和输入端是互易的。

5.一种光纤干涉仪臂长差的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：搭建好如权利要求1-4中任意一项所述的测试光路，补偿光纤的长度需根据光纤干涉仪的使用手册上描述的臂长差提前动手裁好；

步骤2：打开:光源和光谱仪，设置好对应的波长和带宽，随时调节光纤拉伸器，直到在光谱仪上能读到最大的相干光强和最小的波长间隔时，此时的带有光纤拉伸的补偿光纤长度就是待测的光纤干涉仪的臂长差。