[发明专利]基于无回波反馈延迟结构的白光干涉方法及其实现系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于无回波反馈延迟结构的白光干涉方法及其实现系统。

背景技术

利用光纤无源器件构造的干涉系统，广泛的应用于传感、信号处理和光纤通信领域，是构造各种高精度测量系统的基石。典型的干涉系统要求至少存在两束相干光束，相干光束在光电探测器输出形成干涉条纹，输出信号中包含有直流分量和交流分量。然而，在全光纤干涉系统中，往往存在相干光束之外的非相干光，在探测器中一并贡献为直流分量，大大降低干涉条纹的对比度。在发明专利申请号200410093482.6，实现了一种反馈延迟方法，并基于该方法构造全光纤干涉系统，此方法实现双倍延迟，并很好的抵消了偏振态变化对干涉系统的影响。此外，构造的干涉系统还能够有效的消除延迟线的分布式相位调制噪声（交叉感染）问题，从本质上对延迟线进行了抗干扰屏蔽，干涉系统无需外界屏蔽，但却存在大量的来自反馈元件的非相干光束。具体分析如下：

光纤通过长度为                                                的光纤，产生的时延为为：

                                                （1）

其中为光纤的有效折射率，而为光在真空的光速。

如果采用光反馈装置，使得光波到达延迟线末端时折回，那么实际在光纤物理长度不变的情况下，取得了两倍的时延效果。此时延时为：

                                                   （2）

下面讨论光反馈装置对光波偏振态的变化作用。

无损耗（主要指偏振相关损耗）的线性光学元件组成的光学系统，描述双折射传输特性的琼斯矩阵都可以写作如下形式：

                                         （3）

其中JXX，JYX 为偏振变换因子，一般为复数，上标*代表取共轭，而且 。 

在光纤中，线双折射的传输矩阵：

                                              （4）

其中，光波在两个正交偏振方向上的传播常数，z为光纤的长度（此处假定所选择坐标方向与双折射快慢轴重合）。

圆双折射的传输矩阵是：

                                          （5）

其中，为右旋光、左旋光的传播常数。

当光波反馈装置采用法拉第旋转反射镜，将偏振面旋转，此时法拉第旋转发射镜的传输矩阵为：

                                             （6）

此时采用矩阵表示琼斯矩阵，则反馈光路的传输矩阵为：

        （7）

可见此时双折射被完全抵消。当采用法拉第旋转反射镜作为光反馈装置时，能够完全消除相位调制器中任何互易性的双折射，系统抗干扰能力强，同样，法拉第旋转反射器45°平面反馈装置的结构也具备上述特征。

使用反馈延迟结构构造的全光纤干涉系统中，假设光纤延迟线相位变化函数为，为被测信息调制的相位，那么顺时针，逆时针方向传播的光相位分别为：

                                         （8）

                                     （9）

实际相位差为：

                                   （10）

其中β是光纤的传输常数，可见此过程中延迟线引入相位干扰被完全抵消。

专利200410093482.6提及的白光干涉方法及系统不仅可以解决随机干扰引起的偏振态变化问题，而且能够可以防止光纤延迟线引入的交叉感染。然而，由于使用耦合器作为分光合光器件设计的反馈结构，使得更多直流光直接反馈后到达探测器，形成了回波直流，使得干涉系统的出现了大量非相干光束，影响了干涉条纹的清晰度，降低了信噪比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高条纹对比度的，无回波反馈延迟结构的白光干涉方法及其实现系统。