[发明专利]一种高精度大范围测量光纤长度的方法和设备

说明书

技术领域

本发明属于光纤光学技术领域，涉及光纤长度测量技术，特别是适用  于光纤通信、光纤传感等需要快速的高精度大范围测量光纤长度的应用领域，具体涉及了一种利用声光调制器改变光波频率引起干涉仪结构不对称的效应来检测光纤长度的方法以及实现该方法的设备。

背景技术

在光纤光学领域，特别是光纤通讯方面，发展快速的高精度大范围测量光纤长度的方法和低成本设备具有十分重大的意义。

传统的光纤长度测量仪器都是基于光纤反射计的，包括光学时域反射计(OTDR)、光学频域反射计(OFDR)、光学相干反射计(OCDR)，这些方法或者需要极短的脉冲激光光源和极高速的光电探头，成本较高；或者不能同时达到高精度和大测量范围的要求，较难实用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，利用声光调制器光频变换技术和萨尼亚克(Sagnac)结构，提出了一种新型光纤长度快速测量方法，使用低成本的连续半导体激光器和低速光电二极管，达到高精度和大范围的测量要求，同时提供了实现该方法的设备。

本发明的方法包括以下步骤：

1、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(Sagnac)环中。

2、激光进入Sagnac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：