[发明专利]一种高精度大范围测量光纤长度的方法和设备

权利要求书

1.一种高精度大范围测量光纤长度的方法，其特征在于该方法的具体步骤是：

a.中心波长在通讯波段的连续半导体激光器发出的激光通过光纤隔离器和四端口3-dB光纤耦合器后，进入萨尼亚克环中；

b.激光进入萨尼亚克环后分为两路，其中一路进入长度已知的测量段单模光纤，再通过测量段单模光纤中插入的三端口3-dB光纤耦合器入射到待测段单模光纤；入射光在待测段单模光纤的自由端发生端面反射，反射光通过三端口3-dB光纤耦合器回到测量段单模光纤，然后通过声光调制器产生变频，所述的声光调制器由频率受调制的正弦信号发生器驱动；变频后的激光经过长度已知的连接段单模光纤，最后回到四端口3-dB光纤耦合器；回到四端口3-dB光纤耦合器的激光的相位增加量Δφ₁为

Δφ1=2πn[L1+LCv+L2C(v+Δv)]---(1)]]>

其中v为半导体激光器的中心频率，n为单模光纤在光频为v时的折射率，C为光速，Δv为声光调制器的驱动频率，L为待测段单模光纤的长度，L₁为测量段单模光纤的长度，L₂为连接段单模光纤的长度；

另一路激光首先经过长度已知的连接段单模光纤，然后通过声光调制器产生变频，变频后的激光进入长度已知的测量段单模光纤；激光通过测量段单模光纤中插入的三端口3-dB光纤耦合器入射到待测段单模光纤；入射光在待测段单模光纤的自由端发生端面反射，反射光通过三端口3-dB光纤耦合器回到测量段单模光纤，再回到四端口3-dB光纤耦合器；回到四端口3-dB光纤耦合器时的激光的相位增加量Δφ₂为：

Δφ2=2πn[L2Cv+L1+LC(v+Δv)]+π---(2)]]>

c.回到四端口3-dB光纤耦合器的两路激光在四端口3-dB光纤耦合器中发生干涉，透射的激光的相位Δφ_T为

ΔφT=2πnL1+L-L2CΔv+π---(3)]]>

声光调制器的驱动频率Δv按照ωt作线性变化，通过线性扫描，透射的激光光强按cos(ft)变化

ft=2πnL1+L-L2Cωt---(4)]]>

其中f为光强变化的频率；

d.干涉后的激光由四端口3-dB光纤耦合器输出，通过光电二极管探测激光的强度，同时光强信号转化为电信号，由数据采集卡进行采集，并进行快速傅立叶变换(FFT)，得到光强变化的频率f，通过光强变化的频率f得到待测段单模光纤长度L。

L=fC2πnω-L1+L2---(5)]]>

2.如权利要求1所述测量方法所使用的设备，其特征在于：半导体激光器通过光纤隔离器与四端口3-dB光纤耦合器的输入端口光连接，四端口3-dB光纤耦合器的输出端口与光电二极管的输入端光连接，光电二极管的输出端与数据采集卡的输入端电连接，数据采集卡的输出端与快速傅立叶变换分析仪电连接；四端口3-dB光纤耦合器的另外两个端口通过单模光纤连接，单模光纤通过声光调制器分为两段，分别为测量段单模光纤和连接段单模光纤，长度分别为L₁和L₂，L₁＞＞L₂；声光调制器的电驱动信号口与正弦信号发生器电连接；测量段单模光纤中插入三端口3-dB光纤耦合器，三端口3-dB光纤耦合器的输入端的两端口分别与测量段单模光纤连接，另一个端口与待测段单模光纤光连接。