全光纤速度干涉仪数据处理方法

　　引 言

　　作为冲击波与爆轰物理研究领域内的一种强有力的测试工具，VISAR(Velocity Interferometer System forAny Reflector)具有测量精度高，时间分辨率高，能连续、非接触测量任意漫反射面速度等特点[1]。由于传统VISAR 体积大、造价高、操作难度大，难以适应测速仪器小型化、简单化、机动化的要求。九十年代中期，以色列科学家L. Levin[2]报道了全光纤 VISAR 的原理性研究结果，此速度干涉技术被称为 AFVISAR(All-Fiber Velocity Interferometer System for Any Reflector)。与传统 VISAR 相比，AFVISAR 体积小巧、结构紧凑、造价低廉、调试简便、抗干扰能力强，更重要的是 AFVISAR 在原理上实现了较大的突破，大大降低了对干涉系统照明光源相干性和光强的要求，因此也称为宽光谱全光纤任意反射面速度干涉仪。作为速度测试领域的一个新生事物，AFVISAR 与传统 VISAR 在工作原理上有着很大差异，因此不能简单地将传统 VISAR 的处理程序用于 AFVISAR 数据处理。为了加快AFVISAR 技术的发展，提高其数据处理精度和效率，本文从AFVISAR 输出信号的特点出发，基于最小二乘法的思想，借鉴了传统 VISAR 数据处理方法，利用软件VC++6.0 开发了一套针对 AFVISAR 的处理程序，该程序可以从 AFVISAR 输出信号自动拟合出信号之间的相位差、振幅比、基线位置等数据处理的必需参数，从而为处理结果的准确性提供了保证。

　　1 AFVISAR 工作原理

　　与传统 VISAR 相比，AFVISAR 使用相干长度在毫米量级的宽光谱光源，属于“等光程干涉”技术[3]。其基本结构如图1 所示。光源输出的激光被耦合器1 分成两路，分别经光臂1 和2 传输至耦合器2。由耦合器2 输出一路激光经光纤准直镜引向运动物体表面，由表面反射回的信号光再经准直镜汇聚后重新进入光纤耦合器 2，并被分成两路，分别由光臂1 和2 返回耦合器1。最后，由耦合器1 输出的两路干涉信号分别被光电探测器Pin1 Pin 2 记录。由图1 可知，返回耦合器1 上的光可以分为4 种情况：

　　L11：由耦合器 1 经光臂 1 传输至靶面，靶面反射光沿光臂 1 返回耦合器 1;

　　L12：由耦合器 1 经光臂 1 传输至靶面，靶面反射光沿光臂 2 返回耦合器 1;

　　L21：由耦合器 1 经光臂 2 传输至靶面，靶面反射光沿光臂 1 返回耦合器 1;

　　L22：由耦合器 1 经光臂 2 传输至靶面，靶面反射光沿光臂 2 返回耦合器 1。

　　以上不同传输路径的四种光信号，只有L12和L21两路光满足干涉条件，能够发生拍频相干，其它任意两路光的程差远大于宽光谱光源的相干长度而不能发生干涉。虽然L12和L21的光程相等，但是携带有不同时刻的运动表面速度信息，因而属于等程差干涉。因此，AFVISAR 大大降低对光源相干性的要求，光源相干长度L0只需满足式(1)即可：