[发明专利]基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感方法与装置

权利要求书

1.一种基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感方法，其特征在于，包括如下步骤：

在光源发射端，连续激光信号在经过第一光分束耦合器后分为两路；第一路连续激光信号被调制成脉冲光信号进入传感光纤传输，脉冲光信号传输一段距离后会在传感光纤某处产生后向布里渊散射光信号，该后向散射光信号的频移与所测应变和温度变化量相关联，因此将后向散射光作为信号光；第二路连续激光信号作为参考光，将线偏振态参考光转换成圆偏振态参考光之后参考光进入第二光分束耦合器与后向散射光信号发生干涉，干涉后的光信号被平衡探测器转化为电信号，最后通过测量布里渊频移量来测量传感光纤处的应变和温度信息；

第二路参考光在与第一路偏振状态随机变化的后向散射光信号发生干涉之前，参考光经过偏振控制器后将偏振状态转化为圆偏振态，即利用圆偏振光振动方向高速旋转且变化均匀的特点来解决干涉时两路光偏振态不一致导致干涉效果不理想的问题；

当圆偏振光作为参考光时，圆偏振光在光纤传感的取样时间内偏振方向转动足够多的圆周，从而达到偏振方向在统计上均匀分布，圆偏振光在光纤传感的取样范围内转动的圆周数计算如下：

令圆偏振光E的表达式为：

上述所述和分别是x、y轴的单位矢量，即圆偏振光分解为两个正交的线偏振光，A为圆偏振光振幅，k为波矢，z为光传播的距离，ω是电矢量偏振频率，它与入射光波长有关；当系统中入射光波长λ＝1550nm,光速c＝3×10⁸m/s,则此时圆偏振光的偏振频率为：

当空间分辨率ΔL一定时，要测量光纤某处应变和温度变化量则要令圆偏振的参考光与光纤待测量处的后向散射光干涉，为使干涉情况理想，在通过空间分辨率ΔL的时间Δt内，圆偏振光的振动方向变化必须旋转足够多的圆周，则：

其中n为折射率，T是转动一个圆周的周期，X是Δt时间内旋转圆周数，将式(23)代入式(24)可知：

其中即周期T与频率f互为倒数，上述式(25)为在通过空间分辨率ΔL的时间Δt的时间中旋转角度的表达式，且该旋转角度与偏振频率成正比关系；

因此，由式(22)可知圆偏振光的频率1.94×10¹¹KHz，代入到式(25)可知，在空间分辨率为0.1米的系统中圆偏振光的角度为0.59×10⁶rad即2π的94413倍。

2.一种应用于如权利要求1所述的方法的基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感装置，其特征在于，包括窄线宽激光器、第一光分束耦合器、电光强度调制器、环形器、偏振控制器、第二光分束耦合器、平衡探测器、微波信号发生器、混频器和数据处理模块；

窄线宽激光器输出连续激光信号，连续激光信号经过第一光分束耦合器把光路分为两路；

第一路连续激光信号被电光强度调制器转换为脉冲光信号经过环形器后进入传感光纤，脉冲光信号在传输过程中产生后向散射光；

第二路线偏振的连续激光信号作为参考光在通过偏振控制器后偏振态将变为圆偏振态；

圆偏振连续激光信号与后向散射光信号在第二光分束耦合器中进行干涉，干涉后光信号经过平衡探测器进行光电转换成电信号，再经过微波信号发生器和混频器进行电域扫频，得到布里渊散射频谱信息，最后通过数据处理模块进行采集处理以此获得该处的应变和温度信息；

第二路参考光在与第一路偏振状态随机变化的后向散射光信号发生干涉之前，参考光经过偏振控制器后将偏振状态转化为圆偏振态，即利用圆偏振光振动方向高速旋转且变化均匀的特点来解决干涉时两路光偏振态不一致导致干涉效果不理想的问题。