[发明专利]一种双向马赫-泽德干涉仪系统及其偏振态调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振态控制技术，尤其是涉及一种双向马赫-泽德干涉仪系统及其偏振态调节方法。

背景技术

现代安全防卫系统中及时发现和准确定位入侵行为具有重要的现实意义。传统的安全防卫系统主要利用摄像机视频识别技术、红外线传感技术等，这些安全防卫技术存在监测距离较短、抗电磁干扰能力弱、维护成本高等缺点。分布式光纤振动传感器能够测量整个光纤长度上随时间变化的振动信息，具有检测距离远、抗电磁干扰能力强、安装后易维护等优点，已成为长距离管道监测和安全防卫领域最具有应用前景的技术之一。

马赫-泽德干涉仪是分布式光纤振动传感器中的一种，其无论作为传感元件或是光纤光栅传感系统的解调元件均存在输入的光信号的偏振态调节问题，而输入的光信号的偏振态对可见度及相位都有影响，因此如何快速调节输入的光信号的偏振态，进而影响可见度和相位，是目前研究的热门方向，并且具有重要的研究意义。

目前，常见的双向马赫-泽德干涉仪系统如图1所示，其包括激光器、动态偏振控制器、耦合器1、耦合器2、耦合器3、干涉臂1、干涉臂2、传输光纤1、传输光纤2、探测器1和探测器2。激光器发出的光通过光纤入射到动态偏振控制器中，动态偏振控制器的出射光经耦合器1后分为两路，其中一路经耦合器2再次分光，分别进入干涉臂1和干涉臂2，在耦合器3合光后，经传输光纤2到达探测器2，形成顺时针光路；另一路光经传输光纤1到达耦合器3后进行分光，分别进入干涉臂1和干涉臂2，在耦合器2合光后到达探测器1，形成逆时针光路。其中，动态偏振控制器的结构如图2所示，它由四个光纤挤压器（F₁、F₂、F₃、F₄）组成，其方位角分别为0°、45°、0°、45°，各光纤挤压器对应的驱动电压为V₁、V₂、V₃、V₄，分别在四个光纤挤压器上施加电压信号驱动，产生相应的压力挤压光纤形成线性双折射，从而改变光的偏振态。在调节偏振态的过程中，只要顺时针光路和逆时针光路中可见度较小的光路的可见度大于可见度界限值（系统能接受的灵敏度水平），就可计算两光路的光信号相位差，如果两光路的光信号的相位差小于相位差容限，则两光路的光信号能够达到应用系统的定位要求。这种双向马赫-泽德干涉仪系统在良好环境（信噪比大于60dB）下，能够快速调节好偏振态，但在恶劣环境（信噪比小于30dB）下，偏振态调节时间过长，有时候甚至始终调节不到相位差小于相位差容限的状态，这是因为：在调节偏振态时，两光路同时都会改变，如果两光路可见度相差较大，不在同一可见度条纹内（只有在同一可见度条纹上（或附近），两光路的光信号相位差才有可能会小于相位差容限，光信号才能达到应用系统的定位要求），则很容易导致偏振态始终调节不到相位差小于相位差容限的状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在恶劣环境下能够快速调节好偏振态的双向马赫-泽德干涉仪系统及其偏振态调节方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种双向马赫-泽德干涉仪系统，其特征在于包括激光器、第一动态偏振控制器、第二动态偏振控制器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一干涉臂、第二干涉臂、传输光纤和微处理器，所述的第一动态偏振控制器和所述的第二动态偏振控制器分别与所述的微处理器连接，所述的激光器发出的光经所述的第一耦合器后分为两路，其中一路光经所述的第一动态偏振控制器和所述的第二耦合器后再次分光，分别进入所述的第一干涉臂和所述的第二干涉臂，通过所述的第一干涉臂的光和通过所述的第二干涉臂的光在所述的第四耦合器合光后，再经所述的传输光纤及所述的第三耦合器构成顺时针光路，所述的顺时针光路的光通过第一探测器后接入所述的微处理器中；另一路光经所述的第二动态偏振控制器、所述的第三耦合器、所述的传输光纤到达所述的第四耦合器后进行分光，分别进入所述的第一干涉臂和所述的第二干涉臂，通过所述的第一干涉臂的光和通过所述的第二干涉臂的光在所述的第二耦合器合光后构成逆时针光路，所述的逆时针光路的光通过第二探测器后接入所述的微处理器中，所述的微处理器根据所述的顺时针光路的光的可见度和所述的逆时针光路的光的可见度及所述的顺时针光路的光与所述的逆时针光路的光的相位差，确定所述的顺时针光路的光与所述的逆时针光路的光是否已达到双向马赫-泽德干涉仪系统的定位要求。

所述的第一干涉臂、所述的第二干涉臂和所述的传输光纤均为光缆中的光纤。