基于面阵CCD的偏振低相干干涉系统及解调方法研究

摘要

自二十世纪七十年代，光纤传感技术作为一种新型传感技术开始兴起，成为国内外的研究热点，光纤传感技术中的解调技术也得到了广泛关注和研究。其中低相干干涉解调方法已经成为目前测量绝对光程的一种重要技术，被广泛应用于光学相干断层扫描，三维形貌测量和位移传感等。本文针对光纤传感领域中传统偏振低相干干涉解调仪存在的问题进行了研究，提出一种基于面阵CCD的二维偏振低相干干涉解调系统，以及针对二维干涉图样的两步解调算法，并对系统性能进行了位移和压力实验验证，获得了高动态范围的解调。 本文的具体研究内容如下： 1、针对传统偏振低相干干涉仪的测量范围和测量分辨率受到线阵CCD的像素数量限制这一问题，提出了一种基于面阵CCD的二维偏振低相干干涉解调系统。通过建立简化的数学模型对二维偏振低相干干涉解调方法进行了详细的理论推导，并对双折射晶体设计的二维空间角度进行设计。根据得到的二维干涉信号在水平和垂直方向上的分布情况，提出了一种两步解调算法。仿真分析了二维偏振低相干干涉解调系统得到的信号特性。 2、根据理论分析搭建二维偏振低相干干涉解调系统。使用高精度纳米位移台搭建位移传感装置，对提出的二维偏振低相干干涉解调系统及两步解调算法进行位移实验验证，对一维解调结果和二维解调结果进行了对比分析。并使用标准块进行系统分辨率的测量。实验表明，位移的测量偏差控制在±7.00nm以内，系统的测量分辨率为2.52nm，动态测量范围可达到101dB。 3、使用实验室自制的光纤法珀压力传感器和自主搭建的大气压力测试系统进行压力实验，实验结果表明，在3~153kPa的测量范围内，二维低相干干涉解调系统的压力测量误差保持在±0.22kPa，可以达到0.147%F.S.。

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