非对称性3×3耦合器输出信号的无载波解调方法

摘要

一种非对称性3×3耦合器输出信号的无载波解调方法。该方法可将光纤加速度传感器的非对称性3×3耦合器输出信号解调为与加速度信号成线性关系的信号。首先通过由包含光源、1×2耦合器、传感器、3×3耦合器和光电探测器构成的M-Z干涉系统获得非对称性3×3耦合器输出信号，然后对该信号进行解调：去除直流分量、再进行核心解调得到结果N、消除交流增益对解调结果的影响得到结果D、将N与D相除得到结果Z，再由积分器对Z进行积分得到最终的相位信号。本发明与现有的对称性3×3耦合器输出无载波解调方法相比对系统的光路对称性要求降低，工艺上更容易实现，解决了实际中更为普遍存在的非对称性3×3耦合器输出信号解调问题，有很高的现实意义和使用价值。

主权项

1.一种非对称性3×3耦合器输出信号的无载波解调方法，其特征在于，该方法包括：第1、非对称性3×3耦合器输出信号u₁，u₂，u₃的获得通过包含光源、1×2耦合器、传感器、3×3耦合器和光电探测器构成的M-Z干涉系统获得非对称性3×3耦合器输出信号，包括：第1.1、由光源产生相干光束；第1.2、由1×2耦合器将光源产生的光分为两束，一束作为参考光送入参考臂，另一束作为信号光送入信号臂；第1.3、要检测的外部信号使得信号臂产生形变，从而使得信号臂中的光发生相位变化并与参考臂中的光产生相位差；第1.4、上述第1.3步产生相位差的两束光经3×3耦合器产生三路相位调制光信号，由三个光电探测器接收并转化为三路电信号u₁，u₂，u₃u₁＝C₁+B₁ cosφu₂＝C₂+B₂ cos(φ-2π/3-δ₁)u₃＝C₃+B₃ cos(φ+2π/3+δ₂)其中，C_i，i＝1，2，3，δ₁，δ₂，为与光信号有关的常量，C₁，C₂，C₃分别为三路信号的直流量，φ为光随时间变化的相位，δ₁和δ₂为偏差相位，B_i，i＝1，2，3为前置放大器的放大倍数，并且C₁≠C₂≠C₃，B₁≠B₂≠B₃，δ₁≠δ₂；第2、非对称性3×3耦合器输出信号u₁，u₂，u₃的解调第2.1、去除直流分量利用公式a_i＝3u_i-k_iu_c，i＝1，2，3去除相应非对称性3×3耦合器输出信号u₁，u₂，u₃中的直流分量，得到a₁，a₂，a₃，其中u_c为u₁，u₂，u₃三路信号的和u_c＝u₁+u₂+u₃，k₁，k₂，k₃分别为：$k_1=\frac{3C_1}{C_1+C_2+C_3}$$k_2=\frac{3C_2}{C_1+C_2+C_3}$$k_3=\frac{{3C}_3}{C_1+C_2+C_3}$C₁，C₂，C₃与第1.4中的相同；第2.2、对第2.1步去除直流分量的信号a₁，a₂，a₃进行核心解调对三路已去除直流分量的信号a₁，a₂，a₃求时间微分，i＝1，2，3，产生三路电信号d₁，d₂，d₃，并将其两两作差，然后与a₁，a₂，a₃分别相乘得到：N＝a₁(d₃-d₂)+a₂(d₁-d₃)+a₃(d₂-d₁)；第2.3、消除交流增益对解调结果的影响在非对称的情况下，AGC模块输入的平方和为$a_1^2+a_2^2+a_3^2=\frac{9}{2}·[B_1^1+B_2^2+B_3^2+W_2\cos (2\phi -{\Lambda }_2)]$式中W₂和Λ₂与交流增益B₁，B₂，B₃以及δ₁和δ₂有关；当B₁，B₂，B₃满足下式时，W₂＝0，从而之和为常数，$\frac{B_2}{B_1}={\xi }_1={\left[\frac{\sqrt{3}\cos 2{\delta }_2+\sin 2{\delta }_2}{\sqrt{3}\cos (2{\delta }_1+2{\delta }_2)-\sin (2{\delta }_1+2{\delta }_2)}\right]}^{1/2}$$\frac{B_3}{B_1}={\xi }_2={\left[\frac{\sqrt{3}\cos 2{\delta }_1+\sin 2{\delta }_1}{\sqrt{3}\cos (2{\delta }_1+2{\delta }_2)-\sin (2{\delta }_1+2{\delta }_2)}\right]}^{1/2}$在AGC模块中，通过调节放大器系数g₁，g₂，g₃对的幅度进行调节，使得$g_2{B}_2^2/g_1{B}_1^2={\xi }_1^2$$g_3{B}_3^2/g_1{B}_1^2={\xi }_2^2$AGC模块的输出结果为$D=\frac{2}{9}·[g_1{B}_1^2+g_2{B}_2^2+g_3{B}_3^2]$$=\frac{9}{2}{g}_1{B}_1^2[1+{\xi }_1^2+{\xi }_2^2]$第2.4、将第2.2步输出结果N与第2.3步的输出结果D相除得到结果Z，再由积分器对Z进行积分得到最终的相位信号。