[发明专利]一种高精度大范围测量光纤长度的方法和设备

摘要

本发明涉及一种高精度大范围测量光纤长度的方法和设备。声光调制器接入萨尼亚克环中，声光调制器在萨尼亚克环中是不对称放置的；待测长度光纤的一端通过一个三端口3－dB光纤耦合器与萨尼亚克环连接，另一端为自由端，可以发生端面反射；声光调制器由频率可变的射频信号驱动；射频信号频率改变时，萨尼亚克环的透射率改变，透射率的变化与待测段光纤的长度有关；由光电二极管检测透射率变化，光电二极管的输出端与数据采集卡连接，采集卡采集到的数据传到计算机。通过快速傅立叶变换以及相关运算得到待测段光纤的长度。本发明克服了不能同时满足高精度大范围测量的要求，并且相对成本较低。由于待测光纤连入萨尼亚克环中，设备抗外界温度波动以及机械扰动性能强。

主权项

1、一种高精度大范围测量光纤长度的方法，其特征在于该方法的具体步骤是：a.中心波长在通讯波段的连续半导体激光器发出的激光通过光纤隔离器和四端口3-dB光纤耦合器后，进入萨尼亚克环中；b.激光进入萨尼亚克环后分为两路，其中一路进入长度已知的测量段单模光纤，再通过测量段单模光纤中插入的三端口3-dB光纤耦合器入射到待测段单模光纤；入射光在待测段单模光纤的自由端发生端面反射，反射光通过三端口3-dB光纤耦合器回到测量段单模光纤，然后通过声光调制器产生变频，所述的声光调制器由频率受调制的正弦信号发生器驱动；变频后的激光经过长度已知的连接段单模光纤，最后回到四端口3-dB光纤耦合器；回到四端口3-dB光纤耦合器的激光的相位增加量Δφ1为${\mathrm{\Delta \phi }}_1=2\mathrm{\pi n}[\frac{L_1+L}{C}v+\frac{L_2}{C}(v+\mathrm{\Delta v})]---\left(1\right)其中v为半导体激光器的中心频率，n为单模光纤在光频为v时的折射率，C为光速，\Delta v为声光调制器的驱动频率，L为待测段单模光纤的长度，L1\; 为测量段单模光纤的长度，L2为连接段单模光纤的长度；另一路激光首先经过长度已知的连接段单模光纤，然后通过声光调制器产生变频，变频后的激光进入长度已知的测量段单模光纤；激光通过测量段单模光纤中插入的三端口3-dB光纤耦合器入射到待测段单模光纤；入射光在待测段单模光纤的自由端发生端面反射，反射光通过三端口3-dB光纤耦合器回到测量段单模光纤，再回到四端口3-dB光纤耦合器；回到四端口3-dB光纤耦合器时的激光的相位增加量\Delta \phi 2为：$ {\mathrm{\Delta \phi }}_2=2\mathrm{\pi n}[\frac{L_2}{C}v+\frac{L_1+L}{C}(v+\mathrm{\Delta v})]+\pi ---\left(2\right)c.回到四端口3-dB光纤耦合器的两路激光在四端口3-dB光纤耦合器中发生干涉，透射的激光的相位\Delta \phi T为$ {\mathrm{\Delta \phi }}_T=2\mathrm{\pi n}\frac{L_1+L-L_2}{C}\mathrm{\Delta v}+\pi ---\left(3\right)声光调制器的驱动频率\Delta v按照\omega t作线性变化，通过线性扫描，透射的激光光强按cos(ft)变化$ \mathrm{ft}=2\mathrm{\pi n}\frac{L_1+L-L_2}{C}\mathrm{\omega t}---\left(4\right)其中f为光强变化的频率；d.干涉后的激光由四端口3-dB光纤耦合器输出，通过光电二极管探测激光的强度，同时光强信号转化为电信号，由数据采集卡进行采集，并进行快速傅立叶变换(FFT)，得到光强变化的频率f，通过光强变化的频率f得到待测单模光纤长度L。$ L=\frac{\mathrm{fC}}{2\mathrm{\pi n\omega }}-L_1+L_2---\left(5\right)$$$$$