[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

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及的是一种可用于光纤陀螺研制和生产过程中的光源进行测试与分析，也可用于对光纤陀螺系统中的光纤耦合器、光纤以及光纤环的光源透射光谱对光的相干特性影响的测试的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。

背景技术

光纤白光干涉技术与方法是光纤技术领域中独具特色的一种测量方法和传感技术。该项专门技术在宽谱光干涉特性研究，绝对形变光纤传感测量，光波导器件的结构及其对光波反射特性参量的检测，光纤陀螺环中光偏振态横向耦合测量与评估，尤其是在医学临床诊断的组织结构形态的光学层析技术等方面，都具有广泛的应用。

高精度光纤陀螺通常是由光源、光纤耦合器、Y波导器件、保偏光纤环和探测器等主要部件搭建成Sagnac光纤干涉仪而构成的。要实现系统的高精度运行，必须保证上述主要光学元器件的性能指标满足陀螺高精度测量的需求。为此，需要对光源的性能进行自相关和自相干测试，以此评估光源干涉的稳定性和噪声谱特性及其对测量结果的影响。此外，光纤耦合器、Y波导器件、保偏光纤以及光纤环对所采用的光源的光谱透射性及其滤波性对于光源光谱的响应和影响对光纤陀螺性能具有十分重要的意义。

鉴于上述器件都是工作于Sagnac光纤干涉仪的结构中，为此本发明基于Sagnac光纤干涉仪的基础结构，在Sagnac环形光路中嵌入一个可以在此互易光路中产生一个可供扫描测量的光程差，同时构建了具有噪声抑制特点的低噪声差动探测信号处理系统和干涉光谱同步测量系统，以此来实现对各个光纤陀螺关键器件性能的高精度测量与评估。

本发明所公开的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与传统的基于Michelson干涉仪光路结构所构建的后向反射式干涉计(OLCR)和单一的Mach-Zehnder型透射式偏振相关仪(OCDP)不同，其主要区别在于本相关仪是将各个主要关键光学器件置于一个等效Sagnac环形干涉仪的系统中实现测量的。由于待测器件的测量环境与其工作环境相似，因此，这样获得的测量结果有助于表征其在陀螺中工作状态下的实际工作情况及其特性。

为了实现对光波导器件的特性测试，1994年美国海军实验室的Matthew N.McLandrich,Donald J.Albares,和Stephen A.Pappert公开了一种基于Michelson干涉仪结构的后向反射式测量系统(美国专利：专利号5341205)。1995年美国H-P公司Wayne V.Sorin和Douglas Μ.Baney公开了一种基于Michelson干涉仪结构的光程自相关器(美国专利：专利号5557400)。它基于非平衡Michelson干涉仪结构，利用光信号在Michelson干涉仪固定臂和可变扫描臂之间形成的光程差与光纤传感器的前后两个端面反射光信号的光程差之间的匹配实现光学自相关，获得传感器的白光干涉信号。该相关器由一个3dB光纤耦合器组成，入射光波注入后，该光波经过2×2光纤耦合器后被分成两路，一路经过固定长度光纤后经过其尾端反射器返回输出；另一路经过连接在光纤端的光学准直器后，被可移动的反射扫描镜反射回来，形成光程可调的光波后到达输出端。Michelson干涉仪型光纤光程相关器的优点是构造简单，使用的器件少。但缺点是测试光路结构与Sagnac干涉仪的工作状态有较大差别，测试结果难于精确地与待测需求相符合。