一種消除分布式單芯反饋干涉光路中背向回光的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種消除分布式單芯反饋干涉光路中背向回光的方法。本發(fā)明專利技術(shù)在偏振光路中使用了偏振分束器、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡和光纖延遲器，形成一單芯反饋干涉光路；其中，偏振分束器的合波端與傳感光纖的一端相連，傳感光纖的另一端與法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡相連；光纖延遲器采用一根延遲光纖，或者采用由偏振分束器、延遲光纖及法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡構(gòu)成延遲器件；其中利用偏振分束器的合波端口作為分布式傳感光纖的接口，配合傳感光纖的末端使用的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，消除光路中原路返回的光，提高干涉光路中的相干光成分，提高條紋清晰度。本發(fā)明專利技術(shù)特別適用于長(zhǎng)距離線路監(jiān)控，如通信干線、油氣管線等的安全監(jiān)控。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于光纖傳感
，具體涉及。
技術(shù)介紹
在科技高速發(fā)展的當(dāng)代社會(huì)，光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了傳感技術(shù)的革命，光纖傳感日益為人們所關(guān)注，越來(lái)越多成為技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)，也越來(lái)越多的進(jìn)入到各個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，其中分布式光纖傳感以其監(jiān)測(cè)距離遠(yuǎn)，靈敏度高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，特別在關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的領(lǐng)域，如隧道火災(zāi)監(jiān)控，光纜安全監(jiān)控、油氣泄漏監(jiān)測(cè)等等方面得到特別的關(guān)注與應(yīng)用。分布式單芯反饋干涉結(jié)構(gòu)由于其僅需采用一根芯作為傳感光纖，實(shí)現(xiàn)方便，因而成為分布式傳感中的一重要技術(shù)分支。圖1是常見的一種分布式單芯反饋結(jié)構(gòu)。干涉光路由N*M (N、M為整數(shù))耦合器3、P*Q (P、Q為整數(shù))耦合器4、光纖延遲器 5，延遲為τ，光纖(光纜)6和反饋裝置2構(gòu)成。3al、3a2、…、3aN、3bl、3l32為耦合器3的端口，3a 1、3a2、…、3aN是同向端口，共N個(gè)，3b 1、3b2是耦合器3的另一組同向端口(共M個(gè)) 中的兩個(gè)端口。4al、4a2、4bl為耦合器4的端口，4al、4a2是耦合器2的一組同向端口(共 P個(gè))中的兩個(gè)端口，4bl是耦合器4的另一組同向端口(共Q個(gè))中的兩個(gè)端口。光纖6為感應(yīng)光纖。1為光纖6上的一擾動(dòng)點(diǎn)。2為反饋裝置，使沿光纖傳輸來(lái)的光重新進(jìn)入光纖6 返回到耦合器4。光源經(jīng)耦合器3的端口 3al輸入，經(jīng)耦合器3分光后分別經(jīng)端口 3bl、3lD2 輸出。在該結(jié)構(gòu)中共存在四束光，其中兩路光I:3bl — 5 — 4al — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4a2 — 3b2II:3b2 — 4a2 — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4al — 5 — 3b 1在耦合器3處重新會(huì)合，發(fā)生干涉，干涉信號(hào)分別經(jīng)端口 3al、3a2、…、3aN輸出。但由于光纖耦合器4的使用，當(dāng)光從4bl端口返回，進(jìn)入耦合器4時(shí)，由于從兩個(gè)端口 4al、4a2 皆有光輸出，因而除了形成上述的干涉光束外，還存在兩路背向回光III:3bl — 5 — 4al — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4al — 5 — 3bl ；IV:3b2 — 4a2 — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4a2 — 31^2。這兩路光由于光程的原因，并不參與干涉，僅僅成為背景光，表現(xiàn)為直流光，這兩路的增加了背景噪聲，降低了干涉條紋的清晰度。對(duì)于背向回光，在水聽器的研究中，也遇到了類似的問題。在水聽器的sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)中，為了降低延遲線的對(duì)外界噪聲的敏感性，會(huì)采用如圖2所采用的方式構(gòu)成延遲線圈，即采用1X2耦合器8加一段光纖延遲線9，并在9的末端連接一反射鏡10，以此共同實(shí)現(xiàn)原sagnac環(huán)中延遲線的功能。圖2中，7為光纖耦合器， 9為延遲光纖，11為感應(yīng)光纖。但這種延遲線構(gòu)成方式也引入了原Mgnac環(huán)中不存在的兩路不參與干涉的背向回光。為了解決這個(gè)問題，Benjamin J. Vakoc等在“Demonstration of a folded Sagnac sensor array immune to polarization-induced signal fading"(Applied Optics Vol. 42，No. 36，7132-7136)中提出了采用偏振分束器和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡共用的結(jié)構(gòu)。圖3即為該文章中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)方式，偏振分束器(PBS)的合波端與延遲線圈(Delay Coil)相連，延遲線圈(Delay Coil)的另一端與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(FRM)相連，偏振分束器(PBS)的偏振分光端c和g連在Mgnac環(huán)中。分束器的工作特性為當(dāng)光從合波端口(光纖)d輸入時(shí)，光被分成兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)，分別沿著分波端口(光纖)c和g的工作軸輸出，因而當(dāng)從合波端輸入的光僅有與分解偏振態(tài)相應(yīng)的一個(gè)偏振模式時(shí)，將僅從相應(yīng)的分波端口輸出，另一個(gè)分波端口沒有光輸出。在該結(jié)構(gòu)中，從端口 c輸入的光，由端口 d輸出，經(jīng)FRM反射輸入到端口 d，由于FRM的作用，該光的偏振方向與相對(duì)于從端口 d輸出的光的偏振，旋轉(zhuǎn)了 90度，因而，光經(jīng)端口 g (傳輸偏振模式與端口 c的傳輸偏振模式垂直)輸出，而端口 c并沒有輸出光，反之亦然，因而，這種結(jié)構(gòu)通過偏振分束器和法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡的配合使用，消除了利用耦合器構(gòu)成延遲線帶來(lái)的背向回光問題，使得光路中僅存在兩路相互干涉的光，具有低的背景光，因而提高了干涉條紋清晰度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供。本專利技術(shù)提出的消除分布式單芯反饋干涉光路中背向回光的方法，是在偏振光路中使用了偏振分束器、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡和光纖延遲器，形成一單芯反饋干涉光路；其中，偏振分束器的合波端與傳感光纖的一端相連，傳感光纖的另一端與法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡相連； 光纖延遲器采用一根延遲光纖，或者采用由偏振分束器、延遲光纖及法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡構(gòu)成延遲器件，如圖4、圖5所示。該干涉光路具體包括一個(gè)光纖耦合器12,12alU2a2, -U2aNU2bU12b2為光纖耦合器12的端口，12aU 12a2、…、12aN是光纖耦合器12的一組同向端口，共N個(gè)，1沘1、12 是光纖耦合器12的另一組同向端口(共M個(gè))中的兩個(gè)端口 ；第一偏振分束器13,13alU3a2U3bl為第一偏振分束器13的端口，端口 13al、13a2為分波端口，端口 13bl為合波端口 ；光從端口 13bl輸入，被分成兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)，分別從 13al、13a2 輸出；第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡14，14al為其光輸入輸出端口 ； 一傳感光纖15 ； 一光纖延遲器20。傳感光纖15 —端與第一偏振分束器13的合波端口 13bl相連，傳感光纖15另一端與第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡14相連，光纖延遲器20接在端口 12bl與端口 13al之間，端口 12 與端口 13a2相連。光從耦合器12的端口輸入，干涉信號(hào)從光纖耦合器12的端口輸出ο其中，光纖延遲器20采用第一延遲光纖16 (起延遲作用)；如圖4所示。光纖延遲器20也可采用由第二偏振分束器17、第二延遲光纖18和第二法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡19構(gòu)成的延遲部件；如圖5所示。17al、17a2、17bl為第二偏振分束器17的端口， 端口 17al、17a2為分波端口，端口 17bl為合波端口 ；光從端口 17bl輸入，被分成兩個(gè)相互垂直的偏振態(tài)，分別從17al、17a2輸出；第二延遲光纖18起延遲作用；第二法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡19的光輸入輸出端口為19al ；第二延遲光纖18，一端與第二偏振分束器17的合波端口 17bl相連，另一端與第二法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡19相連；第二偏振分束器17的分波端口 17alU7a2分別與端口 12bl和13al相連。圖4中的光纖延遲器20由于僅由一根光纖構(gòu)成，因而該部分不會(huì)帶來(lái)背向回光；圖5中的光纖延遲器20由于使用了光纖偏振分束器和法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡共用的實(shí)現(xiàn)方式，因此也不會(huì)帶來(lái)背向回光。如圖4所示的干涉光路中形成2條光的傳輸路徑，分別為I端口 12bl —第一延遲光纖16 —端口 13al —端口 13bl —傳感光纖15 —第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡14 —傳感光纖15 —端口 13bl —端口 13a2 —端口 12 ；II端口 12 —端口 13a2 —端口 13b本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈波，肖倩，洪廣偉，唐璜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：復(fù)旦大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：