[发明专利]基于偏振干涉的马赫-曾德干涉仪光程差测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于偏振干涉的马赫‑曾德干涉仪光程差测量装置及方法，包括包括光源(1)、起偏器(2)、第一至第六保偏光纤(3)(5)(6)(7)(8)(10)、第一、第二保偏耦合器(4)(9)、沃拉斯顿棱镜(11)，第一、第二光电探测器(12)(13)、数字采集卡(14)和处理系统(15)。将光源(1)输出光由起偏器(2)起偏，经过第一保偏耦合器(4)被分成两束线偏振光，两束线偏振光分别进入马赫‑曾德干涉仪两臂即第二、第三保偏光纤(5)(6)，输出偏振方向分别对应于第四、第五保偏光纤(7)(8)的快轴和慢轴方向的两组偏振光，通过调节第四、第五保偏光纤(7)(8)的长度，使得两组偏振光的相位差为π/2；采用正交相位解调法计算出相位。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于偏振干涉技术的光纤马赫-曾德干涉仪光程差的测量装置及方法。

背景技术

光纤马赫-曾德干涉仪作为光纤传感器的一种，具有灵敏度高、抗电磁干扰、防火防爆和耐腐蚀等优点，通过测量两路光程差实现传感测量，主要应用于温度和应力传感；引入偏振态后，也常用来测量晶体的电光系数、线偏振度、椭圆度等特性。

2007年Tu Xiaoguang等人(Tu Xiaoguang,Zhao Lei,Chen Ping,et al.“Electro-Optical Effect Measurement of Thin-Film Material Using PM FiberMach-Zehnder Interferometer.”Chinese Journal of Semiconductors.1012(2007))提出采用保偏光纤马赫-曾德干涉仪测量薄膜材料的电光系数，将施加了外电压的薄膜材料插入样品臂，由外界电场引入了相位变化，与另一参考臂相比产生了相位差，光电二极管探测出干涉信号光强的规律性变化，采用强度解调的方法实现了对相位差的解调，从而计算出材料的电光系数。但是这种方法为保证测量到的光强与光程差的一一对应关系，只能在四分之一周期的线性区内进行测量，一旦超过该范围会降低传感器的灵敏度，甚至出现干涉级次误判，导致信号严重失真无法解调。2007年Yuan L等人(Yuan L,Wen Q,Liu C,etal.“Twin multiplexing strain sensing array based on a low-coherence fiberoptic Mach–Zehnder interferometer.”Sensors&Actuators A Physical.152(2007))采用低相干干涉法解决测量区域仅在线性区的问题，在传感臂上微小应变将导致相位变化，采用多个3dB耦合器组成应变传感阵列，利用光路匹配技术实现光程差匹配，光电二极管探测出干涉信号，解调出光程变化，计算出应变量。但是这类方法采用的宽带光相干长度较小，需要进行光程差匹配才能产生干涉信号，其解调系统较为复杂，响应速度较慢。

发明内容

在对传统的马赫-曾德干涉仪的研究基础上，本发明提出了一种基于偏振干涉的马赫-曾德干涉仪光程差测量装置及方法，通过改变保偏光纤的长度调节偏振态，确保了两组干涉信号相位的正交，实现不同波长窄线宽光源的光纤光程差高精度实时测量。

本发明提出了一种基于偏振干涉的马赫-曾德干涉仪光程差测量装置该装置，包括光源1、起偏器2、第一至第六保偏光纤3、5、6、7、8、10、第一、第二保偏耦合器4、9、沃拉斯顿棱镜11，第一、第二光电探测器12、13、数字采集卡14和处理系统15；其中：