[发明专利]一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪

权利要求书

1.一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪，包括光源(1)、三端口光纤环形器(2)、3dB光纤耦合器(3)、待测器件(4)、非平衡Mach-Zehnder型光程差扫描器(5)、分光器(6)、光谱分析仪(7)、光电转换差动放大器(8)、扫描控制单元(9)、信号处理单元(10)、自相关仪的数据总线(11)和PC计算机(12)，光源与三端口光纤环形器的a端口相连，光纤环形器b端口与3dB光纤耦合器的e输入端相连接；而光纤环形器的c端口直接与第一光电探测器(D₁)相连；3dB光纤耦合器f接口与待测器件相接，待测器件与非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器相连接，非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的另一端与3dB光纤耦合器的g端口相连，干涉信号分别由3dB光纤耦合器的输出端口经由三端口环行器的c端口输出到第一光电探测器；3dB光纤耦合器的h输出端口通过分光器6输出到第二光电探测器(D₂)，第一光电探测器和第二光电探测器经过差动放大器进行放大，放大信号输出到信号处理单元(10)，经由分光器(6)抵达光谱分析仪(7)的干涉信号以光谱的形式输出相干光的谱域信号；通过扫描控制单元(9)驱动非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器(5)形成两路光程差的变化，实现对光程差的扫描，从而获得自相关时域信号，由PC计算机通过数据总线(11)实现对光程差的扫描控制和时域数据及谱域数据的采集。

2.根据权利要求1所述的一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪，其特征在于：非平衡Mach-Zehnder型光程差扫描器将同一个光路分成两路光，并通过调整其中的一路或两路同时调整，从而完成对光程差的调制，实现对光程差的扫描。

3.根据权利要求1所述的一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪，其特征在于：所述的宽谱光源选择LED光源、SLD光源、ASE光源中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪，其特征在于：所述的待测单元采用一段单模保偏光纤，宽谱光源成为待测光源，对宽谱光源自身的自相关函数和自相干光谱的测量与评估。

5.根据权利要求1所述的一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪，其特征在于：所述的待测单元是串联到Sagnac环形光路中的，对待测单元的测试与评估的，待测单元是下述器件中的一种：

(1)待测单元是一段较长的光纤与待测单元的两个测试端口相连，能获得该光纤对于已知光源透射光谱滤波特性和光谱响应特性；

(2)待测单元是一个2×2光纤耦合器的任意两个端口与待测单元的两个测试端口相连，能获得该光纤耦合器对于已知光源透射光谱滤波特性和光谱响应特性；

(3)待测单元是一个绕制的光纤陀螺环与待测单元的两个测试端口相连，获得该光纤陀螺环对于已知光源透射光谱滤波特性和光谱响应特性。

6.根据权利要求1所述的一种Sagnac环形光路内嵌入非平衡Mach-Zehnder型光程扫描器的光学自相关仪，其特征在于：非平衡Mach-Zehnder型光程差扫描器是下述装置中的一种：

(1)采用第一光纤准直器将光束准直后，由第一合光棱镜将光束分成两束，再经过固定的反射镜和第二合光棱镜将两束空间光通过第二光纤准直器送回到环形Sagnac光纤光路中，其中所形成的一路空间光程是固定的，而另一路空间光程可通过调整扫描棱镜沿着垂直于光纤准直器轴的方向移动完成对光程差的调整和扫描；

(2)采用第一光纤准直器将光束准直后，由第一合光棱镜将光束分成两束，再经过固定的反射棱镜和第二合光棱镜将两束空间光通过第二光纤准直器送回到环形Sagnac光纤光路中，其中所形成的一路空间光程是固定的，而另一路空间光程可通过调整扫描棱镜沿着垂直于光纤准直器轴的方向移动完成对光程差的调整和扫描；

(3)装置采用第一光纤准直器将光束准直后，入射到一个对称的双折射晶体光学楔中，双折射晶体光学楔中出射的光通过第二光纤准直器送回到环形Sagnac光纤光路中，由于双折射效应，光学楔将对具有正交偏振方向的光引入一个光程差，这个光程差与光学楔沿着运动扫描的垂直于光路方向的运动位移成正比，通过调整扫描棱镜位置的移动完成对光程差的调整和扫描；

(4)装置采用一段单模光纤，将这段单模光纤缠绕在管状压电陶瓷PZT上，并直接焊接在保偏光纤Sagnac光纤环路中，当扫描驱动电压加载在压电陶瓷PZT上时，通过改变加载在压电陶瓷管上的电压，实现对光程差的扫描；

(5)装置采用一段单模保偏光纤，将这段单模保偏光纤缠绕在管状压电陶瓷PZT上，并将该保偏光纤旋转45度角焊接在保偏光纤Sagnac光纤环路中，将Sagnac保偏光纤环中单一偏振光分成正交的两路注入到这段光纤中，当扫描驱动电压加载在压电陶瓷PZT上时，导致在光纤中传输的两个正交偏振光所形成光程差发生改变，通过改变加载在压电陶瓷管上的电压，实现对光程差的扫描；

(6)装置采用一段偏心双芯光纤，偏心双芯光纤具有一个中心纤芯和一个偏心纤芯，段偏心双芯光纤与Sagnac光纤环进行直接焊接，并在双芯光纤的两端实施熔融拉锥，构成一个集成在一根光纤中的双光路Mach-Zehnder干涉仪，对偏心双芯光纤沿着垂直于光纤轴的方向做弯曲运动时形成一个光程差，改变弯曲位移的大小就实现光程差的扫描；

(7)装置采用一段对称的双芯光纤，将对称的双芯光纤与Sagnac光纤环进行直接焊接，并在双芯光纤的两端焊点处实施熔融拉锥，构成集成在一根光纤中的对称的双光路Mach-Zehnder干涉仪，对双芯光纤沿着垂直于光纤轴的方向做弯曲运动时就会导致形成一个光程差，改变弯曲位移的大小实现光程差的扫描；

(8)装置采用两个Y形光纤耦合器与一个三端口光纤环行器相连，构成Mach-Zehnder干涉仪，光纤环行器的第三个端口连接一个光纤准直器，正对该光纤准直器，一个平面反射镜，将出射光再按原路返回到这个光纤Mach-Zehnder干涉仪中，当反射镜沿着出射光方向做移动时，Mach-Zehnder干涉仪中的两路光程差发生改变，实现对光程差的扫描；

(9)装置采用了两个Y形光纤耦合器和两个光纤准直器彼此相连，构成Mach-Zehnder干涉仪，两个光纤准直器相对放置，其中一个光纤耦合器的空间位置沿着光路传输方向进行调整，使得Mach-Zehnder干涉仪中两臂得光程相等，Mach-Zehnder干涉仪中的另一个臂被缠绕在管状压电陶瓷上，加载在压电陶瓷上的电压发生变化时，Mach-Zehnder干涉仪中的两路光程差就会发生改变，实现对光程差的扫描。