低相干干涉中传输噪声的消除与光纤干涉仪闭环工作点控制

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干涉型光纤传感技术根据所用光源不一样,可分为低相干干涉传感技术和高相干干涉传感技术两种。其中基于低相干涉技术的光纤传感器,通常采用成本相对低廉的宽谱光源,能实现绝对值测量,在分布式光纤传感系统中有良好的应用前景;而基于高相干干涉技术的光纤传感器,采用窄线宽激光器作为系统光源,其具有灵敏度高、动态范围大等优点,在光纤水听器、光纤陀螺等领域具有良好的应用前景。对丁低相干干涉技术的研究,本文重点关注的是光纤传输通道上噪声的消除。由于在远距离管道的安全检测和光纤周界安防等领域,信号传输通道光纤常常很长,光纤对于外界的变化非常敏感,外界的微小振动或者温度变化等环境噪声会施加在这段光纤上,常见的低相干分布式光纤传感系统,在物理上无法区分传输通道和传感通道,沿途传输过程累积的噪声会劣化光纤干涉仪的性能。为了优化光纤十涉仪的性能,本文设计了一种基于波长分光的低相干光纤干涉仪,在待分离的传感通道两端分别插入两个中心波长不同的光纤布拉格光栅,实现传输通道和传感通道的分离,传输通道上累积的噪声对上述两个波长而言为共模噪声,经过分光解调系统后实现传输噪声的消除,提高了系统的信噪比。当实验用的延时光纤的长度为2000m,传输光纤的长度为100m,传感光纤的长度为10m的时候,模拟噪声信号幅度被抑制了40dB。对于高相干干涉技术的研究,本文重点关注的是光纤干涉仪最佳工作点锁定问题。由于光纤干涉仪会受到温度、压力、机械抖动等因素的影响,干涉仪会出现灵敏度偏移和相位衰落等现象,从而使干涉仪的相位工作点偏离灵敏度最佳位置,更为严重的可能使干涉仪不能正常工作。为了将干涉仪灵敏度锁定在最佳位置,本文对光纤干涉仪的工作点进行连续跟踪和控制实验。搭建了一个双路检测的Michelson光纤干涉仪,通过光电检测和信号处理将误差电压反馈至压电陶瓷,实现了闭环工作点连续的控制和稳定。在工作点锁定条件下测得频率1kHz处光纤十涉仪的最小可探测相位为3×10-Srad。
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