一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感及檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器已成功應(yīng)用于周界入侵探測等安全防范領(lǐng)域，分布式光纖周界傳感系統(tǒng)主要用于周界防護(hù)、地震檢測等，所用光纖長達(dá)數(shù)十公里甚至上百公里，若用保偏光纖及其相應(yīng)配套原件將會非常昂貴，因此基于成本的考慮，馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉儀一般采用普通單模光纖。由于單模光纖傳輸?shù)氖莾蓚€正交的線偏振模，而實際上單模光纖中與這兩個線偏振模對應(yīng)的折射率nx和ny并不相等，這樣就會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。當(dāng)光纖發(fā)生微彎、扭曲或環(huán)境溫度等發(fā)生變化時，光纖傳輸?shù)膬蓚€線偏振模對應(yīng)的折射率nx和ny也隨之變化，從而使馬赫-曾德干涉儀信號臂或參考臂輸出光的偏振態(tài)發(fā)生變化，這樣兩束光在干涉時就并非完全干涉，從而導(dǎo)致干涉后信號的可見度降低；同時干涉后信號的相位也會受到偏振態(tài)、光源及環(huán)境的影響而引起輸出信號相位變化從而導(dǎo)致位置計算誤差。極端情況下兩干涉光的偏振態(tài)呈相互正交時，會導(dǎo)致干涉測量的失敗，這會對系統(tǒng)的性能造成很大的影響。另外由于干涉后信號的可視度會發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出信號的幅值不穩(wěn)定，因此不能給后續(xù)的判斷提供幅值穩(wěn)定的信號，影響了信號的識別和判斷，使系統(tǒng)的漏報率和誤報率較高。
[0003]迄今為止，已有各種光纖傳感器的偏振衰落抑制的技術(shù)被提出、研究并應(yīng)用。這些解決方案可歸納為五類。一是采用偏振分離檢測技術(shù)。這種技術(shù)可以使用一般單模光纖干涉結(jié)構(gòu)，通過分別檢測并比較兩正交偏振方向上的光功率，實現(xiàn)抗偏振衰落，該方案的主要問題是檢測技術(shù)復(fù)雜。第二種方法是采用擾偏技術(shù)。擾偏技術(shù)是在光纖干涉結(jié)構(gòu)中通過不同方法，對光的偏振態(tài)進(jìn)行主動、快速、周期性擾動，實現(xiàn)兩干涉光在時間平均上的退偏，以實現(xiàn)抗偏振衰落的目的。這種方法的重要問題是擾偏的成本比較高。第三種方法是在光進(jìn)入干涉機(jī)構(gòu)之前退偏來消除偏振相位噪聲，在光纖干涉結(jié)構(gòu)中安插退偏器來解決偏振衰落問題。但是退偏一般只對寬光譜光源有效。第四種方法是輸入偏振態(tài)反饋控制法。該方案反饋控制過程較復(fù)雜，系統(tǒng)操作維護(hù)成本也較高。第五種方法是法拉第旋轉(zhuǎn)鏡法。通過在傳感光纖末端增加反射元件，光反射端使用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡可以有效的提高系統(tǒng)的偏振穩(wěn)定性，該方案的主要問題是系統(tǒng)較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有分布式光纖周界傳感系統(tǒng)因使用單模光纖存在偏振退化，從而影響干涉輸出信號質(zhì)量和定位精度的問題，提出一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感方法。本發(fā)明通過使用摻鉺窄線寬光纖激光器光源，利用其發(fā)出的隨機(jī)偏振光信號，實現(xiàn)抗偏振衰落現(xiàn)象，解決輸出信號的幅值不穩(wěn)定，穩(wěn)定光路輸出的可視度，由此解決系統(tǒng)中各種偏振退化帶來的偏振相位噪聲以及偏振衰落問題，提高干涉信號質(zhì)量和傳感系統(tǒng)的定位精度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感裝置，裝置采用雙向光纖馬赫-曾德干涉儀，所述的干涉儀包括激光器1、耦合器2、耦合器3、耦合器4、光電探測器5和光電探測器6，連接方式為激光器連接耦合器1，耦合器2把光源分成兩路分別順時針逆時針經(jīng)過耦合器3耦合器4，耦合器3連接光電探測器5，耦合器4連接光電探測器6 ；所述光源為窄線寬光纖激光器。
[0006]所述的激光器發(fā)出隨機(jī)偏振態(tài)的信號。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0008](I)本發(fā)明干涉結(jié)果是無窮多個隨機(jī)偏振的微小光分量發(fā)生干涉的統(tǒng)計平均，因此其干涉條紋對比度為峰值偏振的一半，干涉結(jié)果非常穩(wěn)定。該系統(tǒng)中元器件少，系統(tǒng)可靠性高。
[0009](2)整個系統(tǒng)無需偏振控制器件和保偏光纖，成本低。
【附圖說明】
[0010]圖1為采用雙向馬赫-曾德干涉儀的定位結(jié)構(gòu)示意圖
[0011]圖中:1為激光器，2、3、4為耦合器，5、6為光電探測器。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明優(yōu)選實施例結(jié)合【附圖說明】如下:
[0013]如圖1所示為采用雙向馬赫-曾德干涉儀方案的系統(tǒng)定位結(jié)構(gòu)示意圖，圖中包括光纖激光器1、耦合器2、耦合器3、耦合器4、探測器5和探測器6。當(dāng)光纖激光器發(fā)出的光經(jīng)耦合器2分成兩路一路光至耦合器3，經(jīng)干涉儀的兩臂后，到達(dá)耦合器4時發(fā)生干涉，形成一個順時針的馬赫-曾德干涉儀，干涉后的信號經(jīng)引導(dǎo)光纖后由探測器5接受；經(jīng)耦合器2分出的另一路光至耦合器4，經(jīng)干涉儀的兩臂后，到達(dá)耦合器3發(fā)生干涉，也形成一個逆時針的馬赫-曾德干涉儀，干涉后的信號經(jīng)引導(dǎo)光纖后由探測器4接收。當(dāng)外界有擾動信號A作用在馬赫-曾德干涉儀的兩臂時，使光纖干涉臂產(chǎn)生機(jī)械振動，機(jī)械振動改變了馬赫-曾德干涉儀兩臂的光程差，從而改變了干涉信號的相位。這樣通過檢測干涉信號的相位變化，就可以檢測到振動事件。
[0014]本發(fā)明所述光源為摻鉺窄線寬光纖激光器，光纖激光器發(fā)出的光信號是隨機(jī)偏振態(tài)信號，經(jīng)耦合器2分成兩路，這兩路光再分別經(jīng)過耦合器3和4形成順時針和逆時針兩個干涉儀。在任意一個馬赫曾德干涉儀中，兩個干涉臂的光分量強(qiáng)度相同，偏振態(tài)隨機(jī)。兩個干涉臂的光信號的偏振態(tài)呈隨機(jī)分布，探測器的干涉結(jié)果也是隨機(jī)的，極端情況當(dāng)兩者偏振方向一致時，干涉最強(qiáng)，偏振態(tài)正交時，干涉為零。由于光纖激光器發(fā)出的光信號是隨機(jī)偏振的，所以可以等效為光源發(fā)出的光信號在兩干涉臂上傳輸時，光分解為無窮多個隨機(jī)偏振的微小光分量，探測器接收的總干涉結(jié)果是經(jīng)過兩干涉臂的無窮多個隨機(jī)偏振的微小光分量發(fā)生干涉的統(tǒng)計平均。因為光纖激光器偏振態(tài)變化的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探測器的響應(yīng)速度，所以其統(tǒng)計干涉結(jié)果非常穩(wěn)定。這樣就可以解決系統(tǒng)中各種偏振擾動的帶來的偏振衰落問題。
【主權(quán)項】
1.一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感裝置，裝置采用雙向光纖馬赫-曾德干涉儀，所述的干涉儀包括激光器1、耦合器2、耦合器3、耦合器4、光電探測器5和光電探測器6，連接方式為激光器連接耦合器I，耦合器2把光源分成兩路分別順時針逆時針經(jīng)過耦合器3耦合器4，耦合器3連接光電探測器5，耦合器4連接光電探測器6 ;其特征在于所述光源為窄線寬光纖激光器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感裝置，其特征在于，所用的激光器發(fā)出隨機(jī)偏振態(tài)的信號。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)抗偏振衰落的光纖周界傳感裝置，所述光源為摻鉺窄線寬光纖激光器，光源發(fā)出的光信號是隨機(jī)偏振態(tài)信號，由于光源發(fā)出的光信號的偏振態(tài)是快速變化的，可以等效為光源發(fā)出的光信號在兩干涉臂上傳輸時，光分解為無窮多個隨機(jī)偏振的微小光分量，探測器接收的總干涉結(jié)果是經(jīng)過兩干涉臂的無窮多個隨機(jī)偏振的微小光分量發(fā)生干涉的統(tǒng)計平均。由于窄線寬摻鉺光纖激光器輸出的隨機(jī)偏振光的偏振態(tài)變化的的速度非?？?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探測器的檢測速度，因此其干涉結(jié)果趨于穩(wěn)定，為峰值偏振態(tài)的一半，由此可以解決系統(tǒng)中各種偏振擾動的帶來的偏振衰落問題。
【IPC分類】G01D5/353
【公開號】CN105021216
【申請?zhí)枴緾N201410177760
【發(fā)明人】劉紅林, 宋寧寧, 宮美慧
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月28日