[发明专利]光纤传感系统3×3信号检测中乘性强度噪声的抑制方法

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤传感系统3×3信号检测中乘性强度噪声的抑制方法。该方法利用3×3信号检测中当参与信号检测的两干涉光初相位分别为kπ+θ/2和kπ‑θ/2时附加乘性强度噪声影响为0的特性，将具有固定相位差的3×3干涉仪三路干涉输出合成两个初相位分别为kπ+θ/2和kπ‑θ/2的干涉信号，最后对合成两路的干涉信号进行3×3信号检测，系统本底相位噪声中的乘性强度噪声源贡献即可被有效抑制。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤传感系统3×3信号检测中乘性强度噪声的抑制方法。

背景技术

干涉型光纤传感系统是一种灵敏度高、易于复用的传感系统，长期以来，为提升其传感性能，许多机构都投入大量的人力和物力对其进行研究。3×3信号检测方法是一种干涉型光纤传感系统中常用的信号检测技术，其利用3×3耦合器构成的干涉仪输出干涉光具有固定120°相位差的特点，可以不依赖调制载波而实现信号检测，因此具有系统结构简单、实现容易、动态范围大的优点。在干涉型光纤传感系统中，相位噪声本底是评价系统性能的一项关键技术指标，其关系到传感系统可以探测的最小信号。因此，抑制3×3信号检测方法引入的附加相位噪声，对于降低基于3×3信号检测方法的干涉型光纤传感系统的本底噪声、提升系统在微弱信号探测领域的应用能力具有重要意义。

多年来，一些研究者提出了多种方法来抑制干涉型光纤传感系统中的相位噪声。文献1(光纤水听器系统噪声分析及抑制技术研究，梁迅，国防科学技术大学博士论文，2008年)针对干涉型光纤传感系统中采用的环形腔光纤激光器的弛豫振荡进行了深入理论研究和试验测试，分析了弛豫振荡对涉型光纤传感系统相位噪声的影响，提出通过改变噪声峰的位置，降低噪声对系统噪声影响，该方法使弛豫振荡峰减小25dB以上，大幅降低了由激光器弛豫振荡导致产生的噪声。文献2(Acousto-optic modulation induced noises onheterodyne-interrogated interferometric fiber-optic sensors，Liu Fei等，Journalof Lightwave Technology，2018年36卷16期)深入研究了由声光调制器相对声光散射效率波动引起的光脉冲强度噪声，提出改变驱动功率至其饱和功率可以将该噪声降低约5dB。文献3(Theoretical and experimental study of suppressing stimulated Brillouinscattering and phase noise in interferometric fiber sensing systems withphase modulation，Xiaoyang Hu等，Applied Optics，2015年54卷8期)则提出使用相位调制法对远程传输干涉型光纤传感系统中非线性效应产生的相位噪声进行抑制。以上文献均是针对于相位噪声源本身进行抑制。

在光纤传感系统中，有些噪声很难从噪声源予以抑制或消除，比如光缆传输噪声、偏振噪声、声光调制器相位噪声等。然而，当在系统中引入一个与传感干涉仪光学结构完全相同的声不敏感参考干涉仪，并予以完全相同的信号检测后，上述的噪声对于传感干涉仪和参考干涉仪而言即属于共模噪声，当选用合适的抵消方法后，便可有效地抑制此类共模噪声对系统相位噪声的影响。文献4(光纤矢量水听器系统本底噪声的自适应抵消，吴艳群等，中国激光，2011年38卷3期)提出使用自适应抵消的方法抑制共模的相位噪声。文献5(Common-Mode Noise Suppression Technique in Interferometric Fiber-OpticSensors，Liu Fei等，Journal of Lightwave Technology，2019年37卷21期)提出使用一个3×2干涉仪作为参考干涉仪，使用3×2干涉仪3路输出具有固定120度相位差的特性，利用三路输出合成出与传感干涉仪同相位的干涉信号，将两者解调输出直接相减从而抑制共模噪声源对系统相位噪声的影响，该方法中并未考虑由信号检测方法自身所产生的附加噪声抑制问题。