本發(fā)明專利技術屬于光纖傳感技術領域，具體為一種具有全保偏功能的干涉光路結構。本發(fā)明專利技術的干涉光路包括：保偏耦合器、偏振分束器、單模光纖、法拉第旋轉鏡，其中，保偏耦合器的尾纖、偏振分束器的分波尾纖為保偏光纖，單模光纖連接在偏振分束器的合波尾纖和法拉第旋轉鏡的尾纖之間；當輸入光為線偏振光，沿著保偏光纖的軸注入干涉結構，可獲得兩路偏振狀態(tài)一致的干涉光。本發(fā)明專利技術利用偏振分束器，配合法拉第旋轉鏡，消除光路中背向返回的光，提高干涉光路中的相干光成分，提高條紋清晰度。本發(fā)明專利技術適用于長距離分布式光纖傳感，利用光纖通信常用的單模光纖即可實現(xiàn)傳感，避免了完全使用保偏光纖及保偏器件的全保偏光路中存在的成本高，難以推廣等問題。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于光纖傳感
，具體是一種光纖光路中包含有單模光纖的、具有全保偏功能的干涉光路結構。
技術介紹
在科技高速發(fā)展的當代社會，光纖通信技術的發(fā)展帶來了傳感技術的革命，光纖傳感日益為人們所關注，越來越多成為技術研發(fā)的重點，也越來越多的進入到各個重要的應用領域，其中分布式光纖傳感以其監(jiān)測距離遠，靈敏度高，環(huán)境適應性強，特別在關系到國計民生的領域，如隧道火災監(jiān)控，光纜安全監(jiān)控、油氣泄漏監(jiān)測等等方面得到特別的關注與應用。圖1是常見的一種光纖傳感結構。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，3b 1、3b2是耦合器3的另一組同向端口(共M個) 中的兩個端口。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)中的兩個端口，4bl是耦合器4的另一組同向端口(共Q個)中的兩個端口。光纖6為感應光纖。1為光纖6上的一擾動點。2為反饋裝置，使沿光纖傳輸來的光重新進入光纖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。在該結構中共存在四束光，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處重新會合，發(fā)生干涉，干涉信號分別經(jīng)端口 3al、3a2、…、3aN輸出。但由于光纖耦合器4的使用，當光從4bl端口返回，進入耦合器4時，由于從兩個端口 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 — 3blIV:3b2 — 4a2 — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4a2 — 3b2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，增加了背景噪聲，降低了干涉條紋的清晰度。上述光路表示形式中，標號代表該標號所對應的部件，箭頭表示光傳遞的方向。在水聽器的sagnac環(huán)結構中，為了降低延遲線的對外界噪聲的敏感性，會采用如圖2所采用的方式構成延遲線圈，即采用1 X 2耦合器8加一段光纖延遲線9，并在光纖延遲線9的末端連接一反射鏡10，以此共同實現(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為感應光纖。但這種延遲線構成方式也引入了原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鏡共用的結構。圖3即為該文章中呈現(xiàn)的結構方式，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光從合波端口(光纖)d輸入時，光被分成兩個相互垂直的偏振態(tài)，分別沿著分波端口 (光纖)c和g的工作軸輸出，因而當從合波端輸入的光僅有與分解偏振態(tài)相應的一個偏振模式時，將僅從相應的分波端口輸出，另一個分波端口沒有光輸出。在該結構中，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于從端口 d輸出的光的偏振，旋轉了 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，這種結構消除了利用耦合器構成延遲線引入的不參與干涉的光路，僅存在兩路相互干涉的光，但是，由于單模光纖的存在，最終相遇發(fā)生干涉時的兩路光，無法具有一致的偏振態(tài)，因而僅僅是部分相干，仍存在一部分不相互干涉的光，成為背景光，減弱了條紋清晰度，影響到測試的效果。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種成本低、測試靈敏度高的具有全保偏功能的干涉光路結構。本專利技術提供的干涉光路結構，是利用偏振分束器實現(xiàn)的一種干涉路徑中包含單模光纖的具有全保偏功能的干涉結構，該結構不但可消減干涉光路的背景光，且由于光路利用單模光纖構建，這部分單模光纖可用于實現(xiàn)光路的延遲參數(shù)、或擔當光路中的傳感光纖功能，大大降低了完全采用保偏光纖及保偏器件實現(xiàn)全保偏結構中存在的成本過高、實際工程應用性差的問題。具體來說，本專利技術的具有全保偏功能的光纖光路結構，包括保偏耦合器、偏振分束器、單模光纖、法拉第旋轉鏡，其中，保偏耦合器的尾纖、偏振分束器的分波尾纖為保偏光纖，單模光纖連接在偏振分束器的合波尾纖和法拉第旋轉鏡的尾纖之間；當輸入光為線偏振光，沿著保偏光纖的軸注入干涉結構，可獲得兩路偏振狀態(tài)一致的干涉光。 其基本構成如圖4所示。12為保偏耦合器，lhl、12a2、-U2aNU2blU2b2為保偏耦合器 12的端口，各端口皆為保偏光纖，1加1、12a2、…、12aN是同向端口，12b 1、12 是保偏耦合器12的另一組同向端口中的兩個端口 ；13為第一偏振分束器，13al、13a2、i;3bl為第一偏振分束器13的端口，端口 13al、13a2為分波端口且為保偏光纖，端口 13bl為合波端口，從端口 13bl輸入的光，將分成兩個相互垂直的偏振態(tài)，分別從端口 13al、13a2輸出；14為第二偏振分束器，Hal、14a2、14bl為第二偏振分束器14的端口，端口 Hal、14a2為分波端口且為保偏光纖，端口 14bl為合波端口，，從端口 14bl輸入的光，將分成兩個相互垂直的偏振態(tài)，分別從端口 Hal、14a2輸出；15為第一法拉第旋轉反射鏡，15al為其光輸入輸出端口 ； 16為第二法拉第旋轉反射鏡，16al為其光輸入輸出端口 ；17為第一光纖，連接于端口 13bl 與法拉第旋轉鏡15之間，可以為單模光纖；18為第二光纖，連接于端口 14bl與法拉第旋轉鏡16之間，可以為單模光纖。端口 12bl與端口 13al保偏熔接(或90度熔接)，端口 14al 與端口 13a2保偏熔接(或90度熔接)，端口 12 與端口 14a2保偏熔接(或90度熔接)；輸入保偏耦合器12的光為線偏振光，并沿著輸入端口保偏光纖的軸輸入。本專利技術的干涉光路中，光的傳輸路徑如下設光源從端口 12al輸入，輸入的偏振態(tài)為垂直偏振態(tài)，用“丄”表示，與垂直偏振態(tài)垂直的偏振態(tài)用“ Il ”表示，當光的偏振態(tài)不確定時用“隨機”表示。相干涉的兩路光的偏振變化如下所示(以保偏熔接為例)I :12al (丄)一12bl (丄)一13al (丄)一13bl (丄或隨機)一17 (隨機)一15 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：肖倩，賈波，洪廣偉，章驊，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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