本发明专利技术属于光纤传感技术领域，具体为一种具有低背景光的分布式单芯反馈干涉光路结构。该结构中利用偏振分束器的合波端口作为分布式传感光纤的接口，配合传感光纤的末端使用的法拉第旋转镜，消除光路中原路返回的光，提高干涉光路中的相干光成分，提高条纹清晰度。该结构保留了传统单芯反馈式传感结构中的应用优势，使用光纤通信中常用的普通光纤，即可实现传感功能。该发明专利技术特别适用于长距离线路监控，如通信干线、油气管线等的安全监控。
【技术实现步骤摘要】
具有低背景光的分布式单芯反馈干涉光路结构
本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种分布式单芯反馈干涉光路结构。技术背景在科技高速发展的当代社会，光纤通信技术的发展带来了传感技术的革命，光纤传感日益为人们所关注，越来越多成为技术研发的重点，也越来越多的进入到各个重要的应用领域，其中分布式光纤传感以其监测距离远，灵敏度高，环境适应性强，特别在关系到国计民生的领域，如隧道火灾监控，光缆安全监控、油气泄漏监测等等方面得到特别的关注与应用。分布式单芯反馈干涉结构由于其仅需采用一根芯作为传感光纤，实现方便，因而成为分布式传感中的一重要技术分支。图1是常见的一种分布式单芯反馈结构。干涉光路由N*M (N、M为整数)耦合器3、P*Q (P、Q为整数)耦合器4、光纤延迟器 5，延迟为τ，光纤(光缆)6和反馈装置2构成。3al、3a2、…、3aN、3bl、3l32为耦合器3的端口，3a 1、3a2、…、3aN是同向端口，共N个，3b 1、3b2是耦合器3的另一组同向端口(共M个) 中的两个端口。4al、4a2、4bl为耦合器4的端口，4al、4a2是耦合器2的一组同向端口(共 P个)中的两个端口，4bl是耦合器4的另一组同向端口(共Q个)中的两个端口。光纤6为感应光纤。1为光纤6上的一扰动点。2为反馈装置，使沿光纤传输来的光重新进入光纤6 返回到耦合器4。光源经耦合器3的端口 3al输入，经耦合器3分光后分别经端口 3bl、3lD2 输出。在该结构中共存在四束光，其中两路光I:3bl — 5 — 4al — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4a2 — 3b2 ；II:3b2 — 4a2 — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4al — 5 — 3bl。在耦合器3处重新会合，发生干涉，干涉信号分别经端口 3al、3a2、…、3aN输出。 但由于光纤耦合器4的使用，当光从4bl端口返回，进入耦合器4时，由于从两个端口如1、 4a2皆有光输出，因而除了形成上述的干涉光束外，还存在两路背向回光III:3bl — 5 — 4al — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4al — 5 — 3bl ；IV:3b2 — 4a2 — 4bl — 6 — 2 — 6 — 4bl — 4a2 — 31^2。这两路光由于光程的原因，并不参与干涉，仅仅成为背景光，表现为直流光，这两路的增加了背景噪声，降低了干涉条纹的清晰度。对于背向回光，在水听器的研究中，也遇到了类似的问题。在水听器的sagnac环结构中，为了降低延迟线的对外界噪声的敏感性，会采用如图2所采用的方式构成延迟线圈，即采用1X2耦合器8加一段光纤延迟线9，并在9的末端连接一反射镜10，以此共同实现原sagnac环中延迟线的功能。图2中，7为光纤耦合器， 9为延迟光纤，11为感应光纤。但这种延迟线构成方式也引入了原Mgnac环中不存在的两路不参与干涉的背向回光。为了解决这个问题，Benjamin J. Vakoc等在“Demonstration of a folded Sagnac sensor array immune to polarization-induced signal fading" (Applied Optics Vol. 42，No. 36，7132-7136)中提出了采用偏振分束器和法拉第旋转镜共用的结构。图3即为该文章中呈现的结构方式，偏振分束器(PBS)的合波端与延迟线圈(Delay Coil)相连，延迟线圈(Delay Coil)的另一端与法拉第旋转镜(FRM)相连，偏振分束器(PBS)的偏振分光端c和g连在Mgnac环中。分束器的工作特性为当光从合波端口(光纤)d输入时，光被分成两个相互垂直的偏振态，分别沿着分波端口(光纤)c和g的工作轴输出，因而当从合波端输入的光仅有与分解偏振态相应的一个偏振模式时，将仅从相应的分波端口输出，另一个分波端口没有光输出。在该结构中，从端口 c输入的光，由端口 d输出，经FRM反射输入到端口 d，由于FRM的作用，该光的偏振方向与相对于从端口 d输出的光的偏振，旋转了 90度，因而，光经端口 g (传输偏振模式与端口 c的传输偏振模式垂直)输出，而端口 c并没有输出光，反之亦然，因而，这种结构通过偏振分束器和法拉第旋转反射镜的配合使用，消除了利用耦合器构成延迟线带来的背向回光问题，使得光路中仅存在两路相互干涉的光，具有低的背景光，因而提高了干涉条纹清晰度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于长距离传输的，能消除背向回光的，具有低背景光的分布式单芯反馈干涉光路结构。本专利技术提出的分布式单芯反馈干涉光路，利用了偏振分束器和法拉第旋转反射镜共用的特性；在偏振光路中，偏振分束器的合波端与传感光纤的一端相连，传感光纤的另一端与法拉第旋转反射镜相连，光纤延迟器直接由一根光纤构成，或者由偏振分束器、光纤及法拉第反射旋转镜共同构成。基本构成如图4、图5所示。具体包括一个光纤耦合器12,12alU2a2, -U2aNU2bU12b2为光纤耦合器12的端口，12aU 12a2、…、12aN是光纤耦合器12的一组同向端口，共N个，12bl、1沘2是光纤耦合器12的另一组同向端口(共M个)中的两个端口 ；第一偏振分束器13，13al、13a2、13bl为第一偏振分束器13的端口，端口 13al、13a2为分波端口，端口 13bl为合波端口，从端口 13bl输入的光，将分成两个相互垂直的偏振态，分别从13al、13a2输出；第一法拉第旋转反射镜14，14al为其光输入输出端口 ； 一传感光纤15 ； 一光纤延迟器20。传感光纤15 —端与第一偏振分束器13的合波端口 13bl相连，传感光纤15另一端与第一法拉第旋转反射镜14相连，光纤延迟器20接在端口 12bl与端口 13al之间，端口 12 与端口 13a2相连。光从耦合器12的端口输入，干涉信号亦从光纤耦合器12的端口输出ο其中，光纤延迟器20采用第一延迟光纤16 (起延迟作用)；如图4所示。光纤延迟器20也可由第二偏振分束器17、第二延迟光纤18和第二法拉第反射旋转镜19构成；如图5所示。17al、17a2、17bl为第二偏振分束器17的端口，端口 17al、17a2 为分波端口，端口 17bl为合波端口，从端口 17bl输入的光，将分成两个相互垂直的偏振态， 分别从17al、17a2输出；第二延迟光纤18起延迟作用；第二法拉第旋转反射镜19的光输入输出端口为19al ；第二延迟光纤18，一端与第二偏振分束器17的合波端口 17bl相连，另一端与第二法拉第旋转反射镜19相连；第二偏振分束器17的分波端口 17al、17a2分别与端口 12bl和13al相连。图4中的光纤延迟器20由于仅由一根光纤构成，因而该部分不会带来背向回光；图5中的光纤延迟器20由于使用了光纤偏振分束器和法拉第旋转反射镜共用的实现方式，因此也不会带来背向回光。如图4所示的光路走向(即光的传输路径)有2条，分别为I端口 12bl —第一延迟光纤16 —端口 13al —端口 13bl —传感光纤15 —第一法拉第旋转反射镜14 —传感光纤15 —端口 13bl 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾波，肖倩，洪广伟，唐璜，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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