[实用新型]一种非平衡光纤M-Z干涉仪与其调节平台

说明书

本实用新型为一种非平衡光纤M‑Z干涉仪与其调节平台，所述干涉仪包括分光调相装置、3dB光纤耦合器和臂长差调节件各一。臂长差调节件为两个光纤准直器分别插在套管两端并与之固接，调节两个光纤准直器相对端面的间距，即可调节该臂的长度。调节平台有三个光学微调架，分别固定套管和2个准直器，微调架调节二个准直器相对端面的间距，精确调节臂长差。干涉仪的臂长差调节件安装于调节平台，输入端、调制端和输出端分别连接宽谱光源、信号发生器、光探测器和示波器。用微调架精确调节二准直器端面间距，得等臂长点，继续调节达设计臂长差。本实用新型精确控制M‑Z干涉仪的臂长差达微米量级，制作方法易掌握，大大降低M‑Z干涉仪的成本。

技术领域

本实用新型涉及一种非平衡光纤M－Z干涉仪的结构和制作技术，具体涉及一种非平衡光纤M-Z干涉仪与其调节平台。

背景技术

波长调制型光纤传感器的波长解调方法有：边缘滤波法、F-P滤波法、匹配光栅法、波长扫描法等等，这些方法的波长分辨率约为0.1pm，要达到更高的分辨率，必须采用干涉式解调法。

干涉式解调法所需设备中必不可少的是非平衡光纤马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪，简称为非平衡光纤M-Z干涉仪。它与普通Mach-Zehnder干涉仪的区别在于：干涉仪的两臂长度不同，存在一定的长度差。臂长差的存在使得从干涉仪始端分开的两个光束到达干涉仪末端的时刻不同，即有一定的时间差。这样，在干涉仪末端进行干涉的两束光为分别来自同一光源的不同时刻的光。

M-Z干涉仪的光强输出为：

I＝A{1+Kcos[φ(λ)+φ(0)]} (1)

式中，A为干涉后光强的直流分量，K为干涉因子，φ(0)为干涉仪固有相位差，φ(λ)为干涉仪两臂的相位差：

φ(λ)＝2πnd/λ_B (2)

式中n为光纤折射率，d为两臂长度差，λ_B为光波长。

当光波长Δλ_B发生微小变化Δλ_B时,相应的相位变化量为

从上式可以看出：当输入干涉仪的波长发生变化时，会引起非平衡光纤干涉仪内相位差的变化，根据公式(1)可知，干涉仪的输出光强也会发生变化。且非平衡光纤干涉仪的臂长差越大，相位变化量也变大。但是，当臂长差大于光源的相干长度时，不能形成稳定的干涉效果。

光相干长度与光源的谱线宽之间的关系如下式所示

式中λ₀为光中心波长，Δλ为谱线宽，对于一般的布拉格光纤光栅(FBG)，它的反射波长宽度(FWHM)约为0.2nm，假设中心波长为1550nm，则由式(4)可计算出相干长度约为12mm。

因此制作非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪时，必须准确控制臂长差，这是决定非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪是否成功的关键。

目前，非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪的制作方法有两种：

一种方法是预先计算出各光器件用于连接的尾纤长度，切割后用光纤熔解机进行熔接。虽然计算的长度是精确的，但是光纤的切割与熔解过程中都可能造成偏差，光纤长度难以保证精确，因此用该方法制作的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪的臂长差的精度只能达到在几毫米左右，无法进一步精确控制，并且光纤熔接后长度不可调节，实用性差。

另一种方法是在Mach-Zehnder干涉仪的一臂上串入可调光纤延迟线，实现对光程的调节，从而达到需要的光程差。这种方法可以精确控制臂长差，但是考虑到光纤延迟线的体积与成本，该方法的实用性也不高。

实用新型内容