專利名稱：一種高精度大范圍測量光纖長度裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于光纖通信、光纖 傳感等需要快速的高精度大范圍測量光纖長度的裝置。
背景技術(shù)：
在光纖光學(xué)領(lǐng)域，特別是光纖通訊方面，發(fā)展快速的高精度大范圍測 量光纖長度的方法和低成本設(shè)備具有十分重大的意義。
傳統(tǒng)的光纖長度測量儀器都是基于光纖反射計(jì)的，包括光學(xué)時域反射
計(jì)(0TDR)、光學(xué)頻域反射計(jì)(OFDR)、光學(xué)相干反射計(jì)(0CDR)，這些方法或 者需要極短的脈沖激光光源和極高速的光電探頭，成本較高；或者不能同 時達(dá)到高精度和大測量范圍的要求，較難實(shí)用。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用聲光調(diào)制器光頻變 換技術(shù)和薩尼亞克(Sagnac)結(jié)構(gòu)，提供一種新型的光纖長度高精度大范 圍的測量裝置。
本實(shí)用新型的具體方案是半導(dǎo)體激光器通過光纖隔離器與四端口 3-dB光纖耦合器的輸入端口光連接，四端口 3-dB光纖耦合器的輸出端口
與光電二極管的輸入端光連接，光電二極管的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入 端電連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與快速傅立葉變換分析儀電連接。四端口 3-dB光纖耦合器的另外兩個端口通過單模光纖連接，單模光纖通過聲光調(diào) 制器分為兩段，分別為測量段單模光纖和連接段單模光纖，長度分別為丄,和 ￡2， A》Z,。聲光調(diào)制器的電驅(qū)動信號口與正弦信號發(fā)生器電連接。測量 段單模光纖中插入三端口 3-dB光纖耦合器，三端口 3-dB光纖耦合器的輸 入端的兩端口分別與測量段單模光纖連接，另一個端口與待測單模光纖光 連接。
本實(shí)用新型中，聲光調(diào)制器利用多普勒效應(yīng)，可以在一定范圍內(nèi)精確 改變經(jīng)過調(diào)制器的光波的頻率，是業(yè)內(nèi)常用的一種光頻變換器件。同時， Sagnac環(huán)對外界溫度變化、機(jī)械振動等干擾不敏感。本實(shí)用新型適用于光 纖長度快速測量，與傳統(tǒng)的光纖長度測量方案相比，克服了不能同時滿足 高精度大范圍測量的要求；并且由于不需要窄帶寬的單模激光光源和高速 光電二極管，因此相對成本較低。由于待測光纖連入Sagnac環(huán)中，設(shè)備抗 外界溫度波動以及機(jī)械擾動性能強(qiáng)。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，半導(dǎo)體激光器1通過光纖隔離器2與四端口 3-dB光纖耦
合器3的輸入端口光連接，四端口 3-dB光纖耦合器3的輸出端口與光電二 極管4的輸入端光連接，光電二極管4的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡5的輸入端 電連接，數(shù)據(jù)采集卡5的輸出端與FFT分析儀6電連接。四端口 3-dB光纖 耦合器3的另外兩個端口通過單模光纖連接，單模光纖由聲光調(diào)制器8分 為兩段，分別為測量段單模光纖11和連接段單模光纖7，長度分別為丄,和 丄2， A》A。聲光調(diào)制器8的電驅(qū)動信號口與正弦信號發(fā)生器9電連接。 測量段單模光纖11中插入三端口 3-dB光纖耦合器10，三端口 3-dB光纖 耦合器10的輸入端的兩端口分別與測量段單模光纖11連接，另一個端口 與待測段單模光纖12連接。
實(shí)際測量中，中心波長在通訊波段的連續(xù)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光通 過光纖隔離器和四端口 3-dB光纖耦合器后，進(jìn)入薩尼亞克環(huán)中。
激光進(jìn)入薩尼亞克后分為兩路，其中一路進(jìn)入長度已知的測量段單模 光纖，再通過測量段單模光纖中插入的三端口 3-dB光纖耦合器入射到待測 段單模光纖；入射光在待測段單模光纖的自由端發(fā)生端面反射，反射光通 過三端口 3-dB光纖耦合器回到測量段單模光纖，然后通過聲光調(diào)制器產(chǎn)生 變頻，所述的聲光調(diào)制器由頻率受調(diào)制的正弦信號發(fā)生器驅(qū)動；變頻后的 激光經(jīng)過長度已知的連接段單模光纖，最后回到四端口 3-dB光纖耦合器； 回到四端口 3-dB光纖耦合器的激光的相位增加量A^為
Ai丄A v)
(1)
C C''一'
其中V為半導(dǎo)體激光器的中心頻率，W為單模光纖在光頻為V時的折射率，C
為光速，Av為聲光調(diào)制器的驅(qū)動頻率，丄為待測段單模光纖的長度，￡,為 測量段單模光纖的長度，Z,為連接段單模光纖的長度。
另一路激光首先經(jīng)過長度已知的連接段單模光纖，然后通過聲光調(diào)制 器產(chǎn)生變頻，變頻后的激光進(jìn)入長度已知的測量段單模光纖；激光通過測 量段單模光纖中插入的三端口 3-dB光纖耦合器入射到待測段單模光纖；入 射光在待測段單模光纖的自由端發(fā)生端面反射，反射光通過三端口 3-dB光 纖耦合器回到測量段單模光纖，再回到四端口 3-dB光纖耦合器；回到四端 口 3-dB光纖耦合器時的激光的相位增加量A^為<formula>formula see original document page 4</formula>
(2)
回到四端口 3-dB光纖耦合器的兩路激光在四端口 3-dB光纖耦合器中 g生干涉，透射的激光的相位A^為
A森二2;Z72^+^^W+;r (3)聲光調(diào)制器的驅(qū)動頻率Al/按照^^作線性變化，通過線性掃描，透射的激
光光強(qiáng)按cos(/0變化
<formula>formula see original document page 5</formula> (4)
其中/為光強(qiáng)變化的頻率。
干涉后的激光由四端口 3-dB光纖耦合器輸出，通過光電二極管探測激 光的強(qiáng)度，同時光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電信號，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，并進(jìn)行 快速傅立葉變換(FFT)，得到光強(qiáng)變化的頻率/，通過光強(qiáng)變化的頻率/得
到待測單模光纖長度丄。
<formula>formula see original document page 5</formula> (5)
權(quán)利要求1、一種高精度大范圍測量光纖長度裝置，其特征在于半導(dǎo)體激光器通過光纖隔離器與四端口3-dB光纖耦合器的輸入端口光連接，四端口3-dB光纖耦合器的輸出端口與光電二極管的輸入端光連接，光電二極管的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端電連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與快速傅立葉變換分析儀電連接；四端口3-dB光纖耦合器的另外兩個端口通過單模光纖連接，單模光纖通過聲光調(diào)制器分為兩段，分別為測量段單模光纖和連接段單模光纖，長度分別為L1和L2，L1>>L2；聲光調(diào)制器的電驅(qū)動信號口與正弦信號發(fā)生器電連接；測量段單模光纖中插入三端口3-dB光纖耦合器，三端口3-dB光纖耦合器的輸入端的兩端口分別與測量段單模光纖連接，另一個端口與待測單模光纖光連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高精度大范圍測量光纖長度裝置。傳統(tǒng)的光纖長度測量儀器成本較高。本實(shí)用新型中四端口3-dB光纖耦合器的輸入端口通過光纖隔離器與半導(dǎo)體激光器連接，輸出端口與光電二極管、數(shù)據(jù)采集卡、快速傅立葉變換分析儀順序連接；四端口3-dB光纖耦合器的另外兩個端口通過單模光纖連接，單模光纖通過聲光調(diào)制器分為測量段單模光纖和連接段單模光纖兩段，聲光調(diào)制器的電驅(qū)動信號口與正弦信號發(fā)生器電連接；測量段單模光纖中插入三端口3-dB光纖耦合器，三端口3-dB光纖耦合器輸入端的兩端口分別與測量段單模光纖連接，另一個端口與待測單模光纖光連接。本實(shí)用新型克服了不能同時滿足高精度大范圍測量的要求，并且相對成本較低。
文檔編號G02F2/00GK201242427SQ200820121528
公開日2009年5月20日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者何賽靈, 斌 周, 夏天豪, 管祖光 申請人:浙江大學(xué)