[发明专利]基于气体吸收池校准的光纤标定系统及使用方法

权利要求书

1.一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：该标定系统包括激光发射单元、校准光路、干涉仪光路和数据采集处理单元，所述校准光路内设置一气体吸收池并产生气体吸收谱线，所述干涉仪光路用于产生包含光纤长度的拍频信号，所述数据采集处理单元用于检测所述校准光路和干涉仪光路的输出并计算出干涉仪光路中待测量光纤的长度；

所述使用方法包括以下步骤：

⑴可调频激光器发射的激光分别进入校准光路和干涉仪光路；

⑵数据采集处理单元获取校准光路的气体吸收谱线和干涉仪光路的正交分量、同相分量；

⑶构建复信号，利用反正切计算包含待标定光纤长度的卷裹相位；

⑷根据激光扫频的方向确定解卷裹后的扫频方向，然后解卷裹并获取采样点数与相位之间的关系函数；

⑸找到气体吸收谱线中的每根谱线对应的采样点数和对应的吸收光频，根据采样点数与相位之间的关系函数计算出相位；

⑹拟合吸收光频和相位的一次函数，求导后获得光纤延迟；

⑺根据光纤延迟计算出待标定光纤的长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：所述激光发射单元发射的激光被分为第一路和第二路，第一路进入所述校准光路，第二路被分为第三路和第四路，第三路和经过待标定光纤的第四路进入所述干涉仪光路中的正交调制器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：所述气体吸收池连接所述数据采集处理单元中的光电探测器，所述正交调制器连接所述数据采集处理单元中的两个平衡光电探测器。

4.根据权利要求3所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：所述气体吸收池为HCN气体吸收池或CO气体吸收池。

5.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：步骤⑵所述的正交分量为

U_Qref(k)＝A(t)·sin[2πτ_refυ(k)]

同相分量为

U_Iref(k)＝A(t)·cos[2πτ_refυ(k)]

其中，U_Qref((k)为正交分量，U_Iref(k)为同相分量，A(t)为拍频信号的幅度，τ_ref为光纤延迟，ν(k)为吸收频率。

6.根据权利要求5所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：步骤⑶所述复信号为

X(k)＝U_Iref(k)+jU_Qref(k)

卷裹相位为

其中，U_Qref((k)为正交分量，U_Iref(k)为同相分量，Im为虚数部分，Re为实数部分。

7.根据权利要求5所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：步骤⑷所述的扫频方向为递减，所述采样点数与相位之间的关系函数为

Φ(k)＝2πτ_refυ(k)

其中，τ_ref为光纤延迟，ν(k)为吸收频率。

8.根据权利要求5所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：步骤⑹所述的一次函数为

所述光纤延迟为

τ_ref＝a/(2π)

其中，α为斜率，ν为光频。

9.根据权利要求5所述的一种基于气体吸收池校准的光纤标定系统的使用方法，其特征在于：步骤⑺所述的待标定光纤的长度为

τ_ref＝n*L/C

其中，n为光纤折射率，L为待标定光纤的长度，c为真空中光速。