利用全光纤干涉仪检测小相位移的研究

　　一、引言

　　在功能型光纤传感系统中，光纤本身不仅能感应被测信号，而且还能传输信号，特别是能实现系统的全光纤化，因此与非功能相比，它具有更广的发展前景。功能型光纤传感系统，一般采用光学干涉技术实现高灵敏度的检测。在干涉技术中用PZT进行信号调制、相位补偿是最常用的。那么预知PZT产生的相移量和光纤的位移量，对它作为一个相位控制器件在全光纤系统中的正确使用是非常重要的，由于PZT产生的相移小，所以检测起来比较困难。本文用全光纤Maeh一Zehnder干涉仪对PZT产生的线性小相移进行了检测，并且通过实验给出了在不同驱动电压下的光纤位移量和在不同频率下的相移量。

　　利用全光纤Maeh一Zehnder干涉仪测量小相移原理如图1所示。频率为的激光经藕合器分为两束光，分别传入传感臂和参考臂，它们的光波电矢量分别为:

　　式中的分别为两束光的振幅和初相角。在光电探测器上光束叠加后的合成光波电矢量为:

式中I₁、I₂—分别为两束光的光强，在稳定的激光输出条件下，I1和I2均为常数

　　φ—两臂的相位差

　　如果臂2用PZT进行相位调制，调制频率设为，则相位差φ为:

式中φ₀—两臂静态相位差，它随温度、振动及其它因素变化

　　K=2兀n/λ

　　λ—自由空间激光波长

　　n—光纤折射率

　　L₀在频率时光纤最大位移量

　　(3)式中的前两项是常数，与被测信号无关，而第3项是干涉场光强的交流调制分量，把它记为，则光电探测器输出电信号为

式中P₀—探测器的功率

　　β—光电探测器的接收系数

　　调整PZT的直流激励，使其工作在正交工作状态，即，则此时输出信号的基波幅值为通过测量Jl的值可以计算出光纤位移量L₀和相移量KL₀能用下列方法进行校正和计算:调整交流驱动电压的幅值，使锁定放大器的输出从零变到第一个最大值，J₁的第一个最大值为0.5819，此时KL₀=1.84。在β=632.snm，n一1.46时，相移量为KL₀~1.84rad，光纤位移量L₀=126.gnm，其它值也可根据J₁与KL₀的相互对应关系计算出。

　　三、实验检测

　　实验装置如图1。He一Ne激光器发出的一束光进入透镜(20X)聚焦，经微调架校准进入单模光纤（SiO₂内径1.46）该束光经光纤藕合器(3dB)分为两束，一束直接进入藕合器2，另一束经PZT调制后进入藕合器2，两束光在辆合器2上干涉后，进入光电探测器(2CUZD)得出混频的电信号，此信号与PZT交流驱动电压信号经锁定放大器(ND一202)在频率%时锁定，得出基波幅值信号J₁(KL₀)。