[实用新型]一种非平衡光纤迈克尔逊干涉仪臂长调节装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感领域，具体而言是一种非平衡光纤迈克尔逊干涉仪臂长调节装置。

背景技术

在诸如光纤水听器、加速度计、振动传感器等光纤干涉式传感器中，需要检测传感信号的相位变化来获取被测物理量，必须对两个干涉光路进行快速、精确地匹配，实时补偿因为噪声引起的零点偏移，使传感器处于最佳工作点，从而获得最高的灵敏度。通常在解调光路中引入非平衡迈克尔逊干涉仪进行相位调节和匹配。目前，大多数相位调节的方法是在非平衡迈克尔逊干涉仪的单个臂上接入光纤延迟线，通过改变光纤延迟线的延迟量来实现相位匹配。光纤延迟线主要有固定光纤型、环形耦合型、多抽头型及光纤布喇格光栅(FBG)型等。这些光纤延迟线的延迟时间都是非连续的增量可调，通过光开关选路使光信号通过不同长度的光纤或波导，从而获得不同的延迟时间(ΔΤ)。由于路径长度是增量变化的，因此，延迟时间也只能是增量且非连续变化，精度在几十皮秒到几百皮秒量级，对应光纤长度变化量在mm级左右，很难满足精确相位调节的需要，且光纤延迟线一旦制作完成，后续很难再次调整延迟时间；近年来，相关机构开发出连续可调光纤延迟线。连续可调光纤延迟主要通过温度或者拉伸光纤、三棱镜等方法来实现，其中，温度或者拉伸光纤的调节方法的延迟量变化范围小、实时性差，且存在非线性效应，应用十分有限；三棱镜调节法是利用空气作为光传输路径，通过一个高精度数控步进马达来控制光路中反射镜面的移动，改变光路的长短来改变延迟时间，该方法可实现延迟时间的连续可调。如专利“电控光可调光纤延迟线”(专利申请号：201520020715.3)，以及文献“精密光纤延迟线的设计及实验验证”(光学精密工程，2014,22(10)：2622～2626)都对类似的结构进行了设计和探讨。但这种方案需要设计精密机械结构来保证精度，制作工艺复杂，成本高昂，且马达驱动的响应速度慢，实时性差，很难满足光纤干涉式传感器高精度、快速相位解调的需要，因此，如何简化非平衡光纤迈克尔逊干涉仪臂长调节装置的结构，优化调节装置的实时性和灵活性，是光纤干涉式传感器领域一项亟待解决的课题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种非平衡光纤迈克尔逊干涉仪臂长调节装置，通过将法拉第磁环设计成一维自由结构，采用千分尺改变可调臂中的空间光路，在um～cm级范围内进行臂差调节，同时采用电控压电陶瓷驱动法拉第磁环，差动改变参考臂和可调臂的光路，进行nm～um级位移调节，实现非平衡迈克尔逊干涉仪臂长差的实时大范围、高精度灵活调节。

本实用新型采取的技术方案为：

一种非平衡光纤迈克尔逊干涉仪臂长调节装置，包括千分尺筒体、光耦合器、法拉第磁环、压电陶瓷环、千分尺游标、第一准直器、第二准直器；

千分尺筒体的右侧内壁与压电陶瓷环的一端粘接固定，压电陶瓷环的另一端与法拉第磁环的一端粘接，法拉第磁环另一端可自由移动；压电陶瓷环接有电压控制线；

千分尺筒体的左端与千分尺游标螺纹连接，千分尺游标与第一准直器同轴粘接，第一准直器的尾纤与耦合器的输出端口1连接；第一准直器、法拉第磁环以及空间光路、耦合器构迈克尔逊干涉仪的可调臂；

千分尺筒体的右端与第二准直器同轴粘接，第二准直器的尾纤与耦合器的输出端口2 连接；第二准直器、法拉第磁环以及空间光路、耦合器构迈克尔逊干涉仪的静态参考臂；

优选地，当待测的激光信号经过耦合器分光后，一束光经过第一准直器、空间自由光路后，到达法拉第磁环并反射，反向经过空间自由光路、第一准直器后到达耦合器；另一束光经过第二准直器、空间自由光路后，到达法拉第磁环并反射，反向经过空间自由光路、第二准直器后到达耦合器；两束反射光携带不同的臂长信息，在耦合器中发生干涉并输出。

优选地，法拉第磁环由磁环、第一法拉第旋光镜、第二法拉第旋光镜构成，法拉第旋光镜两侧面分别镀高反膜和增透膜，第一法拉第旋光镜的高反膜面与第二法拉第旋光镜高反膜面叠装，保持三者处于同一中心轴线上，并点胶固化在磁环内。磁环用于产生饱和磁场，保证迈克尔逊静态参考臂和可调臂上的入射光经过法拉第旋光镜反射后，光的偏振态旋转90°。法拉第磁环的双面反射结构设计，方便臂长的差分式调节，减小振动影响；当光信号入射进法拉第旋光镜后，法拉第旋光镜的磁光效应使信号光的偏振态顺时针旋转 45°，反射后再旋转45°，总计旋转90°。则正向入射光与反向反射光在坐标方向的偏振变化反向，产生的偏振衰落相互抵消，从而有效消除偏振衰落的影响，改善信噪比。