全光纤干涉方法及其测试系统

摘要

本发明是一种新的全光纤干涉方法及其系统。现有的技术的光干涉一般依赖窄光谱光源。根据本发明方法获得的干涉系统能够实现对振动特性的测试、外加电信号的调制和实现光开关功能。系统由下述光路组成，光源、耦合器、光纤延迟线、抗动源，最后光束在耦合器中戴有扰动源的光信号被探测器接受。本发明可广泛应用于振动测试和通信领域，也能应用于声纳探测和语音信号的传输领域。本发明的突出优点是改变了以往光干涉必须依赖于激光(窄光谱)光源的缺陷，应用于光信号的外调制和全光路由交换网络；系统对扰动源的测试灵敏度，可方便的调整，能够适用于强扰动源的测试，也能适用于弱扰动源的测试；能够得到两路具有固定相位差的干涉信号，将提高系统的灵敏度和精度。本发明所述的干涉系统，结构简单，调试方便，灵敏度和精度均获得满意效果。

主权项

1.一种全光纤干涉方法，其特征是由光源发出的光被耦合器分束后形成顺时针和逆时针传输的两路光，在光纤延迟线存在的情况下，两光束通过扰动源的时间不同，对应的扰动信号也不相同，延迟时间可表示为：$\tau =\frac{n_{\mathrm{eff}}L}{C}---\left(1\right)$ C是真空中的光速，L是延迟光纤长度，neff是光纤的等效折射率，扰动源对两束光形成的光程折射率ns与几何长度Ls的乘积，可表示A(t)和A(t-τ)， A(t)＝ns(t)Ls(t) (2) A(t-τ)＝ns(t-τ)Ls(t-τ) (3)由于去掉扰动源的影响，两光束通过的传输光程完全相等，所以，两光束形成的光程差ΔL可表示为： ΔL＝A(t)-A(t-τ) (4)对于光纤振动测试系统，扰动源对应于振动位移，即A(t)～S(t)，光通过扰动源的折射率不随时间变化，所以式(4)可表示为 ΔL＝ns[S(t)-S(t-τ)] (5)利用中值定理，上式可改写为 ΔL＝nsS′(t-τ/2)τ (6)上式对应于干涉光的相位(t)为在光通信领域调制系统中，扰动源对应于晶体折射率，即A(t)～n(t)，光通过扰动源时，传输光的几何距离保持不变，所以式(4)可表示为 ΔL＝Ls[n(t)-n(t-τ)] (8)调制信号m(t)与折射率n(t)的关系可表示为： n(t)＝f[m(t)] (9)利用中值定理，上式可改写为 ΔL＝Lsf′[m(t)]τ (10)上式对应于干涉光的相位(t)为运用3×3光纤耦合器的干涉特性，在探测信号输出端，干涉信号可分别表示为： I1(t)＝I0cos[t)+0] (12) I2(t)＝I0cos[(t)-0] (13)在分光比为1的3×3光纤耦合器中，0＝120度；如果耦合器的分光比不为1，初始相位0≠120度。(12)(13)式中的干涉信号最大幅度不在相等；上面两式中，0为干涉信号的初始相位，在振动测试系统和语音信号传输系统中，t)为(7)式所示；在光纤通信领域的光调制和光开关应用中，(t)为(11)式所示；由于初始相位不一样，两干涉信号将出现一路光强度为0，而另一路光强度不为0的情况，即全光纤干涉系统显现出对光的开关功能。