全光纤白光干涉仪在光谱测量中的应用

摘要

分布式光纤传感技术是20世纪70年代末伴随着光纤传感技术和光纤通信技术的发展而迅速发展起来的。分布式光纤传感技术由于能够获得被测物理场沿空间和时间上的连续分布信息,因而非常适合用于长距离干线的监测。目前,这项技术已成为光纤传感技术中最具前途的技术之一。
　　 全光纤分布式振动传感系统是一种新型的分布式光纤传感系统,可实现对施加于传感光纤上的任意振动信号的实时提取,并能准确确定该振动信号在传感光纤上的位置,可用于长距离通信干线的监测。
　　 本文在介绍全光纤分布式振动传感系统的基础上,对全光纤分布式振动传感系统的核心器件——全光纤白光干涉仪作了大量工作,包括全光纤白光干涉仪的系统优化(法拉第旋转镜对提高系统稳定性和具有初始相位π/2的3×3光纤耦合器的实现方法)和全光纤白光干涉仪在光谱测量中的应用。所得的实验结果证明了系统的实用性。
　　 本文的具体工作包括以下几个方面:
　　 在第一章的绪论中介绍了几种传统的光纤干涉仪,从而引出了一种全新的白光干涉仪,它是全光纤白光干涉传感系统的核心器件。本论文的目的是实现全光纤白光干涉仪的性能优化和在光谱测量中的运用。
　　 第二章我们回顾了传统的光谱测量仪器(光谱仪和干涉仪)测量光谱的基本原理。
　　 第三章中我们介绍了全光纤白光干涉仪的基本结构以及系统中用到得基本光学器件,包括法拉第旋转镜、3×3光纤偶和器、光电二级管、光纤等;其中还指出法拉第旋转镜、3×3光纤偶和器将对系统的性能优化有重要作用,这将在第四章中进行详细的论述。
　　 第四章中我们提出了两种优化系统的方法,第一种法拉第旋转镜对提高系统稳定性的研究,指出当采用镀膜等不改变偏振面的反射形式的光反馈方法连接在光纤相位调制器末端时,能够有效的抵消圆双折射对光路的影响,但是不能抵消线双折射出现倍增,当采用法拉第旋转反射镜作为光反馈装置时,能够完全消除相位调制器中任何互易性的双折射,系统抗干扰能力强。第二种方法是对3×3光纤偶和器的研究,推导出能产生具有初始相位为π/2的3×3耦合器的连接方式及分光比,对提高系统的灵敏度具有很好的帮助。
　　 第五章中详细介绍了系统原理,首先从声波对光频的调制原理,推导出声波对单色光调制的干涉信号,然后在此基础上,推导出全光纤白光干涉仪中输出的干涉信号以及如何通过归一化处理,反演出光谱结构,最后从实验上进行了论证。
　　 最后第六章全文总结,回顾作者所做的工作并进行展望