基于双芯光纤的分布式干涉测量方法研究

Based on optical time domain reflection, the project researches on the distributed interferometry measuring method, and proposes a new distributed Michelson interferometer with twin-core fiber. By the two independent fiber cores in the same fiber, signals of light Rayleigh scattering are formed to constitute the Michelson interferometer. While with the characteristic that the interferometric signal phases of the two detection ports in 2×2 optical fiber coupler are reversed, we can conduct differential detection and amplification to the signals, which eliminates the backscattering signal and increases the interferometric signal. Optical interferometry method is with great advantages of high sensitivity, wide dynamic range, fast response, long transmission distance, etc. Meanwhile the temperatures of the dual-core optical paths in the same fiber can be regarded as the same, and the temperature changes effect to the optical path is the same, which achieves the automatic compensation of temperature effects. Therefore, the new dual-core optical fiber interferometer based on OCDP is expected to realize the detection and location of distributed long-distance small perturbations.

本项目拟对基于光时域反射（OTDR）原理的分布式干涉测量方法展开研究，提出一种基于双芯光纤的新型分布式迈克尔逊干涉仪。该干涉仪采用同一根光纤中的两个彼此独立的光纤芯，形成两路光的后向瑞利散射信号，构成可进行分布测量的迈克耳逊干涉仪。同时借助于2×2光纤耦合器两个探测端口干涉信号反相的特点，进行两信号的差动探测与放大，这一方面消除了较大的后向散射强度信号本底，另一方面，也使得干涉信号实现了倍增。由于光干涉法具有灵敏度高、动态范围大、响应速度快、传输距离远等优点，加之处于同一根光纤中的双芯光路的环境温度可视为相同，温度变化对两光路影响相同，这就实现了温度影响的自动补偿。因此，这种新型双芯光纤构成的基于光时域反射原理的干涉仪有望实现长距离分布式微小扰动的检测与定位。

课题组在国家自然科学基金的资助下，开展了基于白光干涉测试原理的相关技术研究，发展了一种高灵敏度、低噪声、大动态范围的白光干涉解调方法。主要研究成果包括三个方面：.1、基于Michelson干涉仪的双芯光纤传感机理研究。.研究了基于双芯光纤的 Michelson 干涉机理，利用非对称双芯光纤两个纤芯的有效折射率对外界环境的响应不同这一特性，将集成式光纤 Michelson 干涉仪用于折射率的测量，并分别对传感器的传感特性进行了理论仿真和实验研究。.2、干涉型光纤传感光路噪声抑制研究。.在干涉型传感光路噪声抑制研究中，项目组开展了光路系统噪声与光源频率噪声的噪声抑制方法研究，建立了光路系统中的热噪声、瑞利散射噪声及光源频率噪声的噪声模型，针对相干噪声对干涉信号产生的影响详细分析了其产生的原因，同时从器件结构改进、光程匹配、偏振态调节等方面提出了多种相干噪声抑制方法。.3、光纤白光干涉测量系统关键技术研究。.开展了高精度光程扫描及其范围扩展技术研究，主要内容包括：大范围光程扩展方法与技术研究，光程延迟扫描的运动均匀性研究，光强波动消除技术；开展了动态色散补偿方法与技术研究，主要内容包括：动态色散补偿方法及其实现，动态色散补偿误差评估与判别；开展了光纤白光干涉解调系统仪器化研究，主要内容包括：光源驱动、探测放大电路及白光干涉信号解调算法及软件实现。.综上所述，本课题完成了任务书中所规定的的研究目标和研究内容。