[发明专利]一种利用偏振编码抑制背向散射的全光纤干涉方法

说明书

本发明提出了一种利用偏振编码抑制背向散射的全光纤干涉方法，利用偏振编码技术，使得相干射的两束光波偏振垂直且等光程传播，而干涉光路中的背向散射光不等光程传播。结合低相干干涉技术，达到有效光干涉的同时背向散射光无法干涉的目的，实现具有背向散射抑制特性的全光纤干涉方法。本发明装置包括信号发射模块、相位调制模块及干涉测量模块。其中，信号发射模块，产生偏振正交的两束光波；相位调制模块，实现偏振正交光波的等光程传输，而寄生背向散射光的不等光程传输；干涉测量模块，实现等光程干涉。与传统全光纤干涉相比，本发明方法及装置通过偏振编码和低相干干涉技术，降低了背向散射的影响，实现长距离传输的高精度干涉测量。

技术领域

本发明涉及光学及精密测量技术领域，尤其涉及一种全新的利用偏振编码抑制背向散射的全光纤干涉方法。

背景技术

分布式光纤传感以其寿命长、灵敏度高、耐高压、抗电磁干扰好、系统简单等优点被广泛用于周界预警、油管检测等领域。然而，在实现超长距离的光纤传感时，由于受到光路损耗限制，有效光随着传感距离增加呈指数衰减。此外，由于光路中光纤和器件的非理想性，部分光与光纤中的自由振荡的分子、原子等微粒相互作用，产生背向散(反)射光。该背向散(反)射累积形成的寄生光随着传感距离增加而增加，并与有效光一起采集。一方面，由于寄生光没有携带有效信息，寄生光的出现降低干涉条纹对比度，影响系统性能。另一方面，由于寄生光与有效光具有相同的偏振及波长特性，使得有效光与其寄生的背向散射光的有效分离成为长距离光纤传感研究的难点。

发明内容

本发明提供了一种利用偏振编码抑制背向散射的全光纤干涉方法，旨在解决现有长距离光纤传感测量技术中，由于光路中的损耗以及传感光纤中累积的背向散射，导致系统信噪比降低，限制测量灵敏度的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种利用偏振编码抑制背向散射的全光纤干涉方法。具体如下：

1.利用偏振特性对光束进行编码，实现偏振垂直的两束光波(x-偏振光和y-偏振光)同路径传输的同时，干涉光路中背向散射光(x-偏振光的寄生背向散射光和y-偏振光的寄生背向散射光)同路径但不等光程传播。

所述x-偏振光沿延时保偏光纤和传感保偏光纤传输，并在法拉第旋转镜反射后变为y-偏振光继续沿着传感保偏光纤传输；所述y-偏振光沿着传感保偏光纤传输，并在法拉第旋转镜反射后变为x-偏振光继续沿着传感保偏光纤和延时保偏光纤传输。当外界物理场作用在传感保偏光纤时，由于延时保偏光纤的存在，使得x-偏振光和y-偏振光通过同一物理场的时间不同，实现同一物理场对x-偏振光和y-偏振光不同的相位调制。

所述x-偏振光的寄生背向散射光沿着延时保偏光纤和传感保偏光纤传输时，若未到达法拉第旋转镜而被传感保偏光纤中的散射点反射时，将以x-偏振继续沿着延时保偏光纤和传感保偏光纤传输；若达到法拉第旋转镜后，继续沿着传感保偏光纤传播时被散射点反射，也将继续以x-偏振继续沿着延时保偏光纤和传感保偏光纤传输；所述y-偏振光的寄生背向散射光沿着传感保偏光纤传输时，未到达法拉第旋转镜而被传感保偏光纤中的散射点反射，并以y-偏振继续沿着传感保偏光纤传输。当外界物理场作用在传感保偏光纤时，x-偏振光的寄生背向散射和y-偏振光的寄生背向散射受到同一物理场的相位调制。

2.利用低相干干涉技术，即等光程干涉技术，实现相位测量。

由以上分析可知，x-偏振光和y-偏振光的光程均为n_xL_τ+n_yL+n_xL。其中，n_x和n_y分别为x-偏振光和y-偏振光在保偏光纤中的折射率；L_τ为保偏光纤延时线圈的长度；L为传感保偏光纤的长度。因此，将y-偏振光转换为x-偏振光，可以实现与原x-偏振光的等光程干涉，从而获得相位信息。