光纤低相干干涉测量法的光谱域处理技术

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1、光纤低相干干涉测量法的光谱域处理技术第25卷第3期 2005年9月 光电子技术 OPTOEIECTRoNICTECHNoIOGY Vo1.25No.3 Sept.2005 矿 应用技术≮ k 光纤低相干干涉测量法的光谱域处理技术 引 靳皓,钟宏杰 (1.天津工业大学理学院物理系,天津,300160;2.东华大学理学院物理系,上海,200051) 摘要:使用低相干,宽带光源可以让光纤传感器系统获得高分辨率和大动态范围.光谱域 处理技术在具有这种特点的光源下应运而生.该技术的特点是除了使用传感干涉仪以外,还必须 用第二个处理干涉仪来提取所需的条纹图样

2、信息.使用交叉的梳状谱也是其特点之一.使用这 种技术的光纤传感器系统可以实现多种物理量的测量,而且其结构简单,成本低廉. 关键词:光纤;干涉;低相干;光谱域 中图分类号:TN253文献标识码:A 文章编号:1005—488X(2005)03一OI91一O3 SpectralDomainProcessingofFiberOpticLow CoherenceInterferometry JINHaoZHONGHong—jie (1.PhysicsDepartment,TianjingPolytechniqueUniversity,Tianjing,3

3、00160,CHN; 2.PhysicsDepartment,DonghuaUniversity,Shanghai,200051,CHN) Abstract:ToallowaccesstOthehighresolutionandlargedynamicrangeinopticalfiber sensorsystemapplications,lowcoherence,broadbandspectralsourcesaregoodchoices.Spec— traldomainprocessingwiththesecharacteristicsour

4、cesisappearing.Thismethodhasthe characteristicsthatinadditiontOthesensinginterferometer,asecondprocessinginterferome— terisnecessarytOextracttherequiredfringepatterninformation.Utilizinginterleavedchannel spectraisoneofitscharacteristics.Alotofphysicsquantitiescanbemeasuredby

5、theoptical fibersensorsystemwiththistechnique.Furthermore,itsconfigurationissimpleanditcosts lOW. Keywords:opticalfiber;interferometry;lowcoherence;spectraldomain — 一 口 像所有的干涉方法一样,光波光程长度的变化 通过干涉仪的条纹图样便可进行分析和检测.在光 纤传感器系统里使用的光谱域处理技术便是其中 一 种用来观察和检测这种条纹图样的方法. 光谱域处理技术 光谱域技术中,光谱分析仪

6、被用作光处理 元件,如图1所示.它能够直接输出功率谱,1(七), 收稿日期:2005—04—18 作者简介:靳皓(1978一),男,硕士研究生.从事光纤传感技术的研究. 钟宏杰(1957一),男,教授.从事非线性物理学和光电子技术的研究. 192光电子技术第25卷 图1使用低相干干涉仪的基本光纤传感器结构 Fig.1Basicopticalfibersensorconfigurationusing lowcoherenceinterferometry 光谱分辨率为A2(典型值为1nm),表示式为: ,(志)一10expE一4()z][1+COs

7、(志,)] 这里) U 这表示出条纹随着干涉仪的不平衡性的增加而变 得越来越紧密.这个系统的动态范围由FSR的最 小可能值给定,FSR由分光计的波数分辨率所限 定.按照采样理论 FS尺(min)一2&2(2) 并且最大的光谱相位变化A~(max)由下式给定 &fi~(max)一27rAN(max) A~(max:~ra/A2 这里AN(max)是可以探测到的光谱条纹的最大数 值. 从等式(1)可以确定传感干涉仪的最大光程 差,这直接依赖于分光计的波长分辨率△,当一 850Dm,A2=1Dm时,从等式(1)和(2)得到 3(max)

8、一/(2A2)<360肛m 在光谱域方法中的变化量使用光谱编码.一种 特别感兴趣的方法是使用交叉通道光谱,如图3 所示. D D