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分布式光纤白光干涉偏振特性研究

苑勇贵  
【摘要】:采用低相干、宽谱带光源驱动的光学干涉仪实现物理量测量称为白光干涉测量技术,它的优点是可对绝对物理量实现测量,具有测量精度高、抗干扰性好等特点。特别是与光纤技术相结合,采用基于空分复用方法,可以非常容易地实现传感器的多路复用。因此,作为一种典型的光纤传感测量方法与技术被广泛应用于各种物理量的测量,包括:位移、温度、应变、形变、压力等等。 究其光学原理而言,采用LED实现的白光干涉与激光驱动的高偏振的高相干不同,其相干特性为部分相干,并且其偏振特性也可能为非理想,即为部分偏振;与高相干相同的是,偏振态变换同样会影响白光干涉的对比度和干涉效果,由此产生的偏振衰落问题,同样会对测量产生极大地影响。本文是针对偏振衰落及其补偿方法展开研究的,详细讨论了分布式光纤白光干涉测量技术中偏振特性的影响及其优化方法,主要工作体现在以下几个方面: 1.首先,给出了最近(2003年由E. Wolf和2005年由P. Refregier)发展的部分偏振、部分相干光学理论,建立了部分偏振、部分相干光的描述方法,讨论了其相干特性,给出了偏振度和内禀相干性的定义; 2.其次,研究了光纤在挤压和扭转条件下,光纤产生的线性双折射和圆双折射引起偏振态的变化模型,并利用上述效应实现光纤偏振态的控制方法,完成了全光纤偏振控制器的设计与制作; 3.第三,构建了分布式光纤白光应变测量系统,对光纤传感器的白光干涉峰值的偏振态影响进行了研究,研究表明:偏振态衰落主要是由于传感器的扭转而产生的; 4.最后,基于内禀相干性思想,提出了分别利用旋转波片和挤压光纤的方式,实现光纤白光干涉偏振态衰落补偿的方法,定量研究了上述两种方法对白光干涉偏振衰落的补偿效果,实现了分布式光纤应变测量的实时偏振态补偿。 综上所述,本文对光纤传感系统中部分偏振、部分相干光的偏振特性和相干特性开展研究,基于内禀相干性原理,提出了抗偏振态衰落方法,很好地解决了光纤白光干涉测量中的偏振态影响问题,为分布式光纤白光应变与温度测量系统的实用化奠定了坚实的基础。


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