利用波分復(fù)用技術(shù)消除瑞利散射噪聲的雙波長(zhǎng)sagnac干涉儀的研究.pdf

1、分布式擾動(dòng)定位是光纖干涉儀的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，其中sagna干涉儀已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。Sagnac干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)外界溫度等低頻噪聲不敏感，而且其干涉輸出信號(hào)中帶有擾動(dòng)發(fā)生的位置信息，因此sagnac干涉儀是用于分布式擾動(dòng)定位的理想方法。但是傳統(tǒng)的sagnac干涉儀的光路結(jié)構(gòu)為環(huán)狀，大大限制了其使用的范圍。更重要的是，作為分布式擾動(dòng)定位系統(tǒng)，sagnac干涉儀的監(jiān)控范圍和定位精度是其最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)，一般認(rèn)為增加sagnac干

2、涉光路的光纖長(zhǎng)度就可以提高其監(jiān)控范圍，但是當(dāng)sagnac干涉儀光纖長(zhǎng)度增加的時(shí)候，光纖對(duì)其內(nèi)部光信號(hào)的瑞利散射噪聲也隨著增加，使監(jiān)控范圍受到了一定的限制，而且由于瑞利散射噪聲的存在，sagnac干涉儀的定位精度也受到了一定的影響。
　　針對(duì)傳統(tǒng)sagnac干涉儀的諸多缺點(diǎn)，本文提出了一種基于波分復(fù)用技術(shù)的雙波長(zhǎng)sagnac干涉儀傳感器(DSS:Dual-wavelength Sagnac interferometer Sensor

3、)。首先在傳統(tǒng)的sagnac干涉儀之外增加了一根線狀的傳感光纖作為感應(yīng)外界擾動(dòng)的敏感單元，稱(chēng)為單芯反饋式sagnac干涉儀，克服了傳統(tǒng)sagnac干涉儀環(huán)狀干涉回路的限制。并且利用波分復(fù)用技術(shù)，將兩套工作在不同波長(zhǎng)的單芯反饋式sagnac干涉儀復(fù)用在一起，兩套系統(tǒng)單獨(dú)工作，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的輸出進(jìn)行處理，可以去除sagnac干涉儀中瑞利散射光之間寄生干涉而產(chǎn)生的噪聲，一方面提高了定位精度，另一方面增加了系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。
　　本文完成的主

4、要工作如下:
　　(1)分析了傳統(tǒng)sagnac干涉儀的不足之處，并在傳統(tǒng)sagnac干涉儀的基礎(chǔ)之上介紹了單芯反饋式sagnac干涉儀。
　　(2)利用偏振態(tài)分析技術(shù)，推導(dǎo)了單芯反饋式sagnac干涉儀的偏振態(tài)，并且通過(guò)使用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡作為反射裝置，提高了系統(tǒng)工作過(guò)程中的偏振態(tài)穩(wěn)定性。
　　(3)對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程中的光彈效應(yīng)、干涉光路以及3×3耦合器對(duì)干涉結(jié)果的影響等每一個(gè)步驟進(jìn)行詳盡的分析，得出了系統(tǒng)的干涉輸出和外界擾

5、動(dòng)信號(hào)之間的關(guān)系表達(dá)式。然后根據(jù)干涉信號(hào)表達(dá)式，提出了解調(diào)算法，將相位差信號(hào)從干涉信號(hào)中提取出來(lái)，然后通過(guò)頻域分析，推導(dǎo)了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，并得到了系統(tǒng)的定位原理。
　　(4)通過(guò)對(duì)單芯反饋式sagnac干涉儀系統(tǒng)中瑞利散射的分析，推導(dǎo)出瑞利散射光之間寄生干涉所形成的噪聲的表達(dá)式。
　　(5)通過(guò)使用波分復(fù)用技術(shù)，提出了雙波長(zhǎng)sagnac干涉?zhèn)鞲衅?DSS)的工作原理，即在原有的單芯反饋式sagnae干涉儀的基礎(chǔ)上，復(fù)用另外一

6、個(gè)工作在另一波長(zhǎng)的具有相似結(jié)構(gòu)的干涉儀，用于采集瑞利散射噪聲信號(hào)，并且在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算得到單芯反饋式sagnac干涉儀中去除瑞利散射噪聲的有效干涉輸出。
　　(6)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，比較了單芯反饋式sagnac干涉儀的干涉輸出和雙波長(zhǎng)sagnac干涉儀的干涉輸出，并且通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，得出以下結(jié)論:
　?、匐p波長(zhǎng)sagnac干涉儀去除了光路中的瑞利散射噪聲，因此比原來(lái)的單芯反饋式sagnac干涉儀具有更高的定位精

7、度和更大的監(jiān)控范圍。
　?、陔p波長(zhǎng)sagnac干涉定位系統(tǒng)的定位精度達(dá)到±50m，而且其監(jiān)控范圍達(dá)到0～170km。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)集中在以下幾點(diǎn):
　　(1)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)光路特點(diǎn)的分析，指出系統(tǒng)中瑞利散射的主要來(lái)源是用于感應(yīng)外界擾動(dòng)的傳感光纖，通過(guò)對(duì)該光纖中瑞利散射強(qiáng)度的分析，推導(dǎo)了寄生干涉噪聲的表達(dá)式。并指出該噪聲影響了系統(tǒng)的定位精度和監(jiān)控范圍。
　　(2)提出了基于波分復(fù)用技術(shù)的雙波長(zhǎng)sagnac干涉?zhèn)?/p>