光纤干涉仪稳定性及其工作点的研究

摘要

光纤传感作为一门新兴的检测技术,日益受到人们的重视。特别是基于光纤干涉仪的光纤传感技术,比一般的光学测量方法具有更高的灵敏度和精确度,被应用到众多领域,得到较快地发展。环境变化引起的随机相位漂移,往往会使光纤干涉仪的工作点偏离线性区中心位置,严重影响干涉仪的工作状态。解决光纤干涉仪工作点稳定性的问题,已成为光纤传感研究中的一个关键问题。
　　 传统的光纤干涉仪大多采用两条光纤臂的方法产生干涉信号,外界信号对一路传输光进行作用进而产生相位调制,然后与另一路传输光进行干涉,解调得出外界信号。这种方法具有较高的灵敏度,但周围环境的随机变化会对两条光纤臂造成不同的影响,因此除待测信号外,许多其他的外界随机扰动都会引起干涉仪的干涉信号不稳,工作点随机漂移。
　　 本文首先针对迈克尔逊光纤干涉仪进行研究工作,在前人工作的基础上,研制了控制伺服系统进行相位补偿,以稳定迈克尔逊光纤干涉仪的工作状态,实现了阶段性的稳定工作。为了得到更进一步稳定的光纤干涉仪结构,本文对一系列新型结构进行了分析,最后以斐索干涉仪为主体,研制出了一种工作点稳定的光纤干涉仪,实现了对连续正弦信号产生振动的连续检测。实验结果证明,采用这种结构的光纤干涉仪可以精确地检测振动信号,稳定性较迈克尔逊光纤干涉仪有很大提高。
　　 另外,本文还创新性的提出了一种以波形畸变为基础,迅速判定和调整光纤干涉仪工作点位置的方法,申报了国家发明专利保护。使用本方法对斐索光纤干涉仪实验装置的工作点进行了判定和调整实验,调整精度达到亚微米量级。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 光纤干涉仪

1.2.2 存在的主要问题

1.2.3 研究现状

1.3 本文的主要工作

2 迈克尔逊光纤干涉仪传感系统的搭建及检测

2.1 Michelson光纤干涉仪传感系统

2.1.1 传感系统结构

2.1.2 主动伺服电路

2.2 遇到的问题及解决方案

2.3 小结

3 基于斐索光纤干涉仪微振动测量装置的研制

3.1 斐索光纤干涉仪实验装置

3.2 传感应用系统

3.2.1 传感系统结构

3.2.2 Fizeau光纤干涉仪的稳定性

3.3 干涉仪工作点的判定

3.3.1 工作点判定的理论分析

3.3.2 判定工作点方法的实验验证

3.4 对物体微振动的测量实验

3.4.1 斐索光纤干涉仪工作点的调节

3.4.2 微振动检测

3.4.3 微振动检测实验结果及分析

3.5 存在的问题

3.6 小结

4 结论

参考文献

附录 A 硕士期间申请专利

作者简历

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