光纤干涉仪的信号检测与解调

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光纤干涉仪(Optical-Fiber Interferometer)在信号传感的各个领域有着重要的应用。本文重点研究了光纤干涉仪的调制解调技术,特别是作为核心的锁定放大技术。为此,本文首先分析了几种主要双光束光纤干涉仪的结构特点与工作原理,找到它们信号处理过程中的共性,以此为基础,设计并实现了一种数模混合的解调系统。并利用该系统对开环结构的Sagnac光纤干涉仪进行了解调测试。对实验结果进行了分析。对于双光束型光纤干涉仪,其1+kcosφ形式的输出信号具有周期性的特点,并且与输入具有非线性的关系。当解调输出到达不同解调周期的边界点或不同角度象限的边界点时,我们需要对解调系统在这些点及其附近的解调输出进行反复测试,以判断解调系统是否会出现错误的解调结果。采用真实的光纤干涉仪进行测试不仅测试方案的设计较为冗繁,实际的工作量也非常庞大。因此,我们采用了以通用函数发生芯片为核心的模拟电路,设计出了高性能的虚拟光纤干涉仪。它以简单的电路结构代替各种双光束光纤干涉仪的光学结构来模拟产生电学的干涉输出信号;它可以通过改变输入参考电压来缓慢逼近并达到各个检测特殊相位点,实现对解调系统的特殊相位点检测。实验中设计了一种虚拟光纤Sagnac干涉仪,利用其对我们设计的数模混合解调系统进行了特殊相位点检测。该虚拟光纤Sagnac干涉仪的性能也得到了实验测试。经实验测试,数模混合解调系统的零漂为:(1.5526×10-4)°;解调系统与光纤Sagnac干涉仪连接后,零漂为(3.5081×10-4)°,对应的可测量最小角速度为1.5197°/h;解调系统与虚拟Sagnac干涉仪连接后,零漂为0.0022°,等效的可测量最小角速度为9.5265°/h。虚拟光纤Sagnac干涉仪的标度因数非线性度为1670ppm,标度因数的不对称度为880.62ppm;利用虚拟光纤Sagnac干涉仪对数模混合解调系统进行了特殊相位点检测,验证了解调算法的正确性。
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