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光电子·激光第21卷第2期 2010年2月 Journal of Optoelectronics·Laser V o l.21N o.2 F eb.2010高稳定的光纤3×3耦合器干涉位移测量系统＊李 敏,谢 芳＊＊,陈志敏(北京交通大学理学院物理系,北京100044)摘要:利用光纤3×3耦合器和光纤光栅(FBG),构成能有效补偿环境干扰的光纤干涉位移测量系统。
测量系统含干涉臂几乎重合的两个光纤迈克尔逊干涉仪,其中一个通过反馈环节补偿环境干扰的影响,实现对测量系统的稳定,使系统适合于在线测量;另一个用于完成测量工作。
利用零差干涉相位测量技术对位移进行测量,测量结果的线性相关系数达0.999。
关键词:光纤;稳定;反馈控制;零差干涉;位移测量中图分类号:TP212.14 文献标识码:A 文章编号:1005-0086(2010)02-0235-05High sta bility fiber3×3cou pler interferometric displacement meas urement systemLI Min,XIE Fang＊＊,CHEN Zhi-min(Department of Physics,School of Science,Beijing Jiao tong University,Beijing100044,China)A bst ract:A self-c ompensating fiber interferometric displac ement measurement system which is madewith a fiber3×3coupler and fiber Bragg gratings(FBGs)is presented.The measurement system in-cludes two fiber M ichelson interferometers.One is used to stabilise the system by using an electronicfeedback loop to c ompensate the environmental disturbances,while the other one is used to perform themeasurement task.By means of phase-trac king homodyne technique,the linear regression coefficient ofthe measurement displacement has been0.999.Ke y wor ds:optic al fiber;stabilisation;feedback control;homodyne interferometry;displacement meas-urement1 引 言 光纤干涉仪由于体积小、重量轻、抗电磁干扰、能波分复用、高度集成和价格低廉等优点被广泛应用于精密测量领域,对位移、振动、速度、加速度、应变以及温度等参量进行测量[1～9]。
基于3×3耦合器 Fox-Smith型光纤周界系统的定位技术任广;江山;闫奇众;印新达;熊岩【摘要】In order to locate the long distance perimeter intrusion , an optical fiber intrusion detection system was promoted based on Fox-Smith interferometer with 3 ×3 coupler as the main component . Theoretical analysis and experimental verification were carried out on the system and its location method .When the impact force acts on the sensor fiber, the optical wave is modulated by the phase .There is phase difference because of the modulation time difference between both the beams .A series oftrap points are gained after the fast Fourier transform of the demodulated phase signal . The results showed the average location error was ±83m when the length of sensing fiber was 34.793km.The system is feasible for long intrusion location and helpful to intrusion detection .%为了对长距离周界入侵进行定位，提出一种使用3×3耦合器作为基本元件的Fox-Smith干涉仪光纤入侵探测系统。
文章编号:0253-2239(2004)11-1487-4用3@3耦合器的干涉仪直接解调光纤光栅传感器的信号*江 毅 陈淑芬(北京理工大学光电工程系,北京100081)摘要: 为了简单直接地解调出光纤光栅的波长移动,提出了另外一种非平衡马赫曾德尔干涉仪的直接解调技术。
用一只2@2耦合器和一只3@3耦合器组成非平衡的马赫曾德尔光纤干涉仪,作为光纤光栅的波长移动解调器。
解调器输出的3路信号,互成120b 相位差。
通过对3路输出信号计算的方法,就可以直接解调出光纤光栅的波长移动。
将3路信号采集送入计算机,用软件实现了信号的解调。
测量结果表明,在干涉仪两臂长度相关5m m 时,测量动态应变的分辨率达到了0151n E /Hz 1/2。
还得到了输出信号的频谱和输入输出信号的关系。
关键词: 导波与光纤光学;光纤传感器;光纤光栅;马赫曾德尔干涉仪;3@3耦合器中图分类号:TP21211 文献标识码:A*国家自然科学基金(60277015)资助课题。
E -mail:jy.jy@bi 收稿日期:2003-05-06;收到修改稿日期:2003-07-18Direct De modulation for Signal from Fibe r Grating Sensorsby Interferometer Based on 3@3Couple rJiang Yi Chen Shufen(Departm e nt of Photo -Electr on ics En ginee r in g ,Beijin g In stitute of Technology ,Beijin g 100081)(Received 6may 2003;revised 18July 2003)Abstract: To demodulate wavelength shift of fiber Bragg grating,a new direct -demodulation technique is demonstrated.An unbalanced fiber Mach -Zehnder interferometer comprising a 2@2coupler and a 3@3coupler is used as wavelength discriminator for fiber grating,120b phase difference between the three outputs of interferometer.The wavelength shift of fiber grating can be demodulated directly by calculating three outputs of interferometer.Demodulation is fulfilled by software when signals are sampled and inputted into computer.The minimum detectable dynamic strain of 0.51n E /Hz 1/2can be achieved when the unbalanced length of the beams is 5mm.The spectra of the demodulated signal and the relationship between the input and output are also given.Key words: guidingwave and fiber optics;optical fiber sensor;fiber grating;Mach -Zehnder interferometer;3@3coupler1 引 言光纤光栅的传感器技术是目前最好的一种光纤传感技术。
第４５卷 第１期２０２１年１月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４５，Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ３８０６（２０２１）０１ ００２５ ０６基于非对称３×３耦合器的光纤相位解调研究梁育雄１，黄毓华１，王 升１，宁 娜２（１．广东电网有限责任公司珠海供电局，珠海５１９０００；２．无锡联河光子技术有限公司，无锡２１４０００）摘要：为了解决３×３耦合器相位解调中，输出的３路信号分光比不均匀和相位差不能严格满足１２０°的非对称问题，采用了一种新型的３×３耦合器解调方案，并进行了理论分析和实验验证。
利用均值算法对输出的任意两路信号分别进行预处理，压缩原始３路输出信号之间的功率与相位的偏差，使经过矫正后新的３路信号近似为对称状态输出。
根据仿真与实验的结果，分析了耦合器输出的对称性条件和新型解调方案的抗噪声能力。
结果表明，该新型解调方案可以有效矫正３×３耦合器３路输出信号的非对称性，新方案的噪声水平约为１０－４ｍＷ，信噪比约为５０ｄＢ，与传统的解调方案相比，可以得到准确度与信噪比更高的待测信号。
这一结果对光纤相位解调领域有很好的指导作用，加速了光纤传感技术的实用化进程。
关键词：光电子学；相位解调；均值算法；３×３耦合器中图分类号：ＴＮ２０３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０ ７５１０／ｊｇｊｓ ｉｓｓｎ １００１ ３８０６ ２０２１ ０１ ００５Ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｂａｓｅｄｏｎａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ３×３ｃｏｕｐｌｅｒＬＩＡＮＧＹｕｘｉｏｎｇ１，ＨＵＡＮＧＹｕｈｕａ１，ＷＡＮＧＳｈｅｎｇ１，ＮＩＮＧＮａ２（１．ＺｈｕｈａｉＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢｕｒｅａｕ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｚｈｕｈａｉ５１９０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｌｌｉａｎＳｔｒｅａｍＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ２１４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ３×３ｃｏｕｐｌｅｒ，ｔｈｅｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃｍｅｄｉａｎｐｈａｓｅｓｈｉｆｔ３×３ａｄｄｅｒｄｕｅｔｏｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｔｏｅｘｔｅｒｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｔｈｒｅｅ ｗａｙｓｉｇｎａｌｏｕｔｐｕｔｈａｓａｎｕｎｅｖｅｎｓｐｌｉｔｔｉｎｇｒａｔｉｏａｎｄａｎａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｔｈａｔｔｈｅｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃａｎｎｏｔｍｅｅｔ１２０°，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓａｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｃｏｕｌｄｎｏｔｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｒｒｅｃｔｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｅｗ３×３ｒｅｐｌａｃｅｒｗａｓｕｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｍｅａｎｔｗｏａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｐｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓａｎｙｔｗｏｓｉｇｎａｌｓｏｕｔｐｕｔ，ａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｔｈｒｅｅｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒａｎｄｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｓｏｆｔｈｅｔｗｏｃｈａｎｎｅｌｓｍａｋｅｔｈｅｎｅｗｔｈｒｅｅ ｃｈａｎｎｅｌｓｉｇｎａｌｓａｆｔｅｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｔｏｂｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｏｕｔｐｕｔ，ａｎｄｔｈｅｎｐｅｒｆｏｒｍａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｅｗｓｃｈｅｍｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｓｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅ３×３ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄｃｌａｓｓｉｆｙｉｔ．Ｎｏｉｓｅｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｎｅｗｓｃｈｅｍｅｉｓａｂｏｕｔ１０－４ｍＷａｎｄｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｉｓａｂｏｕｔ５０ｄＢ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎｏｂｔａｉｎｈｉｇｈｅｒａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｕｎｄｅｒｔｅｓｔ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｒａｎｄｔｈｅａｎｔｉ ｎｏｉｓｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｈａｓａｇｏｏｄｇｕｉｄｉｎｇｒｏｌｅｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｐｏｌａｒｉｚｅｒｓａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ；ｐｈａｓｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｍｅａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；３×３ｃｏｕｐｌｅｒ 基金项目：中国南方电网有限责任公司科技项目（ＧＤ ＫＪＸＭ２０１７２８３７；０３０４００ＫＫ５２１７００６２）作者简介：梁育雄（１９７３ ），男，工程师，主要从事高电压技术及电力在线监测技术的工作。
第27卷第2期光 子 学 报 Vo1.27No.21998年2月 ACTA PHOTONICA SINICA F ebruary 1998基于对称3 3耦合器的光纤干涉信号的软件解调技术江 毅 娄英明 王惠文(北京理工大学光电工程系,北京 100081)摘 要 从基于对称3 3耦合器的光纤干涉信号中解调出被测物理量,需要经复杂的运算本文提出用软件来模拟实现了信号的解调,省去了繁杂的模拟运算电路,并且通过软件解调运算,可得到运算中间各过程的波形图,也可以分析出各种误差和产生误差的原因,对硬件解调电路的设计有指导性意义关键词 干涉;解调;软件0 引言干涉型光纤传感器能够达到极高的灵敏度,可以用来探测微弱的物理量 实际应用中,必须用适当的信号处理技术自动且线性地将被测信号提取出来 目前提出解调技术都要采取下列之一的措施,才能提取出被测物理量1:(1)扫描激光光源的波长;(2)用PZT 控制干涉仪的光程差,使之始终处于正交状态;(3)用移频器(如声光调制器)实现外差;(4)采用3 3或4 4耦合器使其输出正交或互成120 相位 相对于前三种技术,采用3 3耦合器来使干涉仪的输出成120 更可靠和稳定,因而简便实用从3 3耦合器的输出端解调出被测物理量,需要经复杂的运算,才能提取出干涉信号的相位 用模拟电路来实现运算,所需电路规模较大、繁杂,且模拟运算的误差较大,但能实时处理信号2 随着近几年计算机硬件技术的进步,用软件来实时实现这些运算已经成为可能 本文用软件来模拟实现了信号的解调,不仅省去了繁杂的模拟运算电路,而且达到了极高的解调精度 尤其重要的是,通过软件解调运算,我们可得到运算中间各过程的波形图,也可以分析出各种误差和产生误差的原因,并对硬件解调电路的设计有指导意义1信号解调原理图1 基于3 3耦合器的全光纤M -Z 干涉仪F ig.1 F iber opt ic M -Z interfer ometer basedon 3 3coupler 基于3 3耦合器的光纤M -Z 干涉仪如图1所示干涉仪的输入端是一只2 2耦合器,输出端是一只3 3耦合器,外调制信号加在干涉仪的传感臂上 在理想等分光比情况下,3 3耦合器的三个输出端互成120 ,干涉仪的输出可以表示为f n (t)=C +B cos (t)-(n -1)23 Ha (1)收稿日期:1997-07-07n =1,2,3,分别代表第一、二、三路输出 (t)是干涉仪两臂的光程差,若最大光程差(相位)为A ,则(t )=A cos(2 f t)(2)其中f 是外调制频率 从干涉仪的输出端解调出振动信号 (t )的原理如图2所示 由于干涉仪3个输出相位是互补对称的,所以三项相加仅剩直流C ,从干涉仪的输出减去直流因子C ,则仅剩干涉信号的条纹部分a 然后分别对三个条纹函数求微分,得d ,e,f 项,在此三项中相位 (t )的导数放在了sin 函数外面,进行a(f -e)运算是为了构成cos 2[ (t)-(n -1) 2 /3]函数(n =1,2,3),这三个函数相加等于1,消去了cos 函数项,仅剩[ (t )] ,在[ (t )] 的系数中还带有条纹衬比(度)B,因此还要计算出B ,从[ (t)] 的系数中消去B 的影响,积分后即可得到 (t)图2 信号解调原理框图Fig.2 T he diag ram of the software demodulator2信号的软件解调方法若外部调制信号的频率f =80Hz,干涉仪产生相位调制的最大光程差为4 ,则 (t)=4 cos(2 f t ),将 (t)代入式(1)得到三路干涉仪的输出 干涉仪的激励和3个输出如图3所示 分别与式(1)中的三个函数对应 将此输出送入软件解调器,图4是解调器信号处理的中间过程,图4中的6个图从上到下分别对应图2中的a 、d 、A m *a(f -e)、N 、D 图3 干涉仪的输入与输出和N /D ,图5是输入信号和解调器的输出信号, Fig.3 T he input and output of interferometer上面是输入干涉仪的信号,下面是用软件解调后的输出信号,由此可见干涉仪的输入信号被准确地解调出来1532期 江毅等 基于对称3 3耦合器的光纤干涉信号的软件解调技术振动信号中常常含有高次谐波成分,图6是振动信号为 (t)=4 (2 f t)+2 sin(6 f t)+ sin(12 f t)时,干涉仪的输入波形与软件解调器的输出波形,可以看到解调后信号的高频部分出现了轻微的噪音,但还是能够准确地解出调制信号 实际上,3 3耦合器的分光比不可能做到完全相同,因此干涉仪的3个输出并不是象式(1)所描述的那样,是理想的对称情况,而是存在一定的偏差 图7讨论了有 10 不对称偏差的影响 该图所用的外部调制函数 (t)=5 sin(2 f t),图中的5个图分别是N、D、N/D、 (t)和解调后的输出 不对称性对a、d、A m(f-e)和N都没有影响,但对D一项有影响,它使直流信号的D(反映条纹对比度的大小)上叠加了谐波信号,因此N/D上携 图4 信号解调的中间过程F ig.4 T he middle step of demodulation带有谐波,但这一谐波能够被后续的积分有效地滤除 从该图看出,干涉仪相位不对称时,在一定范围内对解调出的信号没有什么影响用TC++编程,在AMD5K86-133机器上运算,计算一次的时间为0 034s 即用软件解调可以实时处理最高29H z的振动信号,若用Pentium ,300MHz主频的CPU芯片,应该可以实时处理信号的最高频率大于100H z 实际上,可以用近似实时处理的方法,在较低档机器中实现高频振动信号的探测,方法是采集一组数据处理后再采一组数,再处理图5 输入与解调出的信号比较Fig.5 Comparision betw een input and output 图6 有高次谐波时的解调情况Fig.6 A compar ision of input and output w hen thesig nal has high fr equency components图7 3 3耦合器不对称的影响Fig.7 T he influence of non-symmetric3 3coupler3 小结用对称3 3耦合器制作的光纤干涉仪的信号解调不需调制光源或调制干涉仪的臂长,稳定、可靠、154 光 子 学 报 27卷简便,但信号处理相对较复杂 本文提出的软件解调的方法能够准确地实现信号的解调,在调制频率较低时,可以实时解调出信号,在调制频率较高时,也可以准实时解调出信号 用软件解调干涉仪号还能够分析系统的性能,对硬件解调电路的制作有指导性意义李岙然同学在毕业设计中参加了部分工作,在此感谢参考文献1 L iu K exing,M easures R M.Sing nal processing techniques for interferometric fiber -o ptic strain sensors.J of Intell M eter Systand Struct,1992,3:432~4612 Br own D A ,Cameron B,K eolian R M ,Gardner D L,Garrett S L.A symmetric3 3coupler based demodulator for fiber op -tic interferometric sensors.SPI E,1991,1584:328~335SOFTWARE DEMODULATION FOR 3 3COUPLERBASED FIBER OPTIC INTERFEROMETERJiang Yi,Lou Yingming,Wang H uiwenBeij ing I nstitute of T echnology ,Beij ing 100081Received date:1997-07-07Abstract It needs com plicated computation for the demodulation of fiber optic interference sensor based on 3 3coupler.A softw are demodulation technique is developed in this paper w hich can replace the analog computation.It is more important that w e can get the waveforms of m iddle step and analyse the error by means of the software demodulation.Keywords Interference;Demodulation;Softw areJiang Yi was born in 1967.H e received a MSc Eng deg ree in 1993and Ph.D.de -g ree in 1996from Chongqing U niversity.He has published more than 30papers.Now ,his research fields include fiber optic sensors,optic measurement.1552期 江毅等 基于对称3 3耦合器的光纤干涉信号的软件解调技术。
第 31 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.31 No.7Apr. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering基于3×3干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响李光波1，延凤平1*，秦齐1，周凌云1，刘艳1，冯亭2*（1.北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044；2.河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北保定 071002）摘要：提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。
该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。
考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。
仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。
进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。
关键词：单频窄线宽激光器；线宽测量；频率噪声；相位信号解调中图分类号：TN248 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233107.0982Effect of signal sampling on laser noise based on3×3 interferometer and phase signal demodulation LI Guangbo1，YAN Fengping1*，QIN Qi1，ZHOU Lingyun1，LIU Yan1，FENG Ting2*（1.School of Electronic and Information Engineering， Beijing Jiaotong University，Beijing 100044， China；2.Photonics Information Innovation Center， College of Physics Science ＆ Technology，Hebei University， Baoding 071002， China）* Corresponding author， E-mail： fpyan@；wlxyft@Abstract：A laser linewidth measurement system based on an unbalanced Michelson interferometer achieved using a 3 × 3 coupler and phase signal demodulation is reported in this study. The signal process⁃ing section is based on phase signal demodulation technology， which can process the signal in real time and at high speed. Therefore， the frequency noise and linewidth of the laser under test could be obtained quick⁃ly. The system features a simple optical path structure， no active control， and stable repeatability of mea⁃surement results. However， it is necessary to consider whether the sampled signal contains the maximum 文章编号1004-924X（2023）07-0982-10收稿日期：2022-11-02；修订日期：2022-11-18.基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.61827818， No.61975009， No.61975049）第 7 期李光波，等：基于3×3干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响and minimum values of the source signal simultaneously when using this scheme. Therefore， the effect on the frequency noise power spectral density of the laser under test is thoroughly discussed with respect to dif⁃ferent sampling windows of 0.5， 0.4， 0.1， 0.05， and 0.01 s. Both simulation and experiment show that the amplitude of the laser frequency noise power spectral density calculated by the signal is too high， and that sampling signals with sampling windows of 0.1， 0.05， and 0.01 s do not contain the maximum and minimum of the source signal. A commercial laser with a wavelength of 1.5 μm and a self-made laser in our laboratory with a wavelength of 2 μm are measured using β-separation line method. The results show that the linewidth of the commercial laser in the 1.5 μm band is 5 kHz， with a measurement time of 2 ms. It also shows that this conclusion can be extended to the entire band.Key words： single-frequency narrow linewidth laser；line width measurement；frequency noise；phase signal demodulation1 引言单频窄线宽激光器线宽窄、噪声低、抗电磁干扰能力强，在光通信、光传感和高精度光谱学等领域有着重要应用［1-6］。
采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术毛欣;黄俊斌;顾宏灿【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2017(038)003【摘要】为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调,建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统.对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究.首先,介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法.接着,对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析.最后,针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比,并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响.实验结果表明:NPS算法动态范围高于反正切算法,微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围.在采样频率为125 kHz、信号频率为1 kHz、干涉仪非平衡路径为100 m时,NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 dB和 90 dB.用解调前调校的方法,基于3×3耦合的解调方法动态范围大,能够实现稳定解调,满足工程应用要求.【总页数】7页(P395-401)【作者】毛欣;黄俊斌;顾宏灿【作者单位】海军工程大学兵器工程系, 湖北武汉 430000;海军工程大学兵器工程系, 湖北武汉 430000;海军工程大学兵器工程系, 湖北武汉 430000【正文语种】中文【中图分类】TN253;TP212.14【相关文献】1.分布反馈式光纤激光水听器阵列研究进展 [J], 毛欣;黄俊斌;顾宏灿;孙洋2.一种耐静压分布反馈式光纤激光水听器探头设计 [J], 陆祈祯; 黄俊斌; 顾宏灿; 汪云云3.分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵实验研究 [J], 唐波;黄俊斌;顾宏灿;毛欣4.强耦合光纤波分耦合器解调技术的全光纤FBG传感器 [J], 林光;李志远;廖永榴;陈锐5.基于流固耦合作用的分布反馈式光纤激光水听器 [J], 唐波;黄俊斌;顾宏灿;毛欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于3×3耦合器的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪传输特性研究李东;王志怀;曾文锋;黄卫东;张玺;钱超【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2010(040)008【摘要】研究了一般条件下基于3×3耦合器的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪的传输特性.运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过推导,得到干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪三路输出光强之间的相互关系,以及可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系.【总页数】3页(P884-886)【作者】李东;王志怀;曾文锋;黄卫东;张玺;钱超【作者单位】武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;中国人民解放军91287部队,上海,200087【正文语种】中文【中图分类】TH744.3【相关文献】1.基于多模-细芯-多模光纤结构的Mach-Zehnder干涉仪的温度传感实验研究 [J], 李辉栋;傅海威;邵敏;雍振;张旋2.基于Mach-Zehnder干涉仪的单模光纤声波传感器的研究 [J], 李双佶;梁景舒;王福娟;蔡志岗3.基于Bitaper-LPFG-Bitaper结构的全光纤Mach-Zehnder干涉仪的温度传感特性 [J], 张琪;周骏;陈金平;谭晓玲4.基于散射矩阵理论的光纤Mach-Zehnder干涉仪特性研究 [J], 孙学军;王晓明5.级联非平衡Mach-Zehnder干涉仪型复用器特性分析 [J], 瞿荣辉;赵浩;方祖捷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于3×3耦合器的光纤光栅温度传感器解调系统杜洋;衣文索;刘丹;荆涛【摘要】针对光纤光栅的温度应变交叉敏感问题,提出了一种管式光纤光栅温度传感器,使用外径8mm、内径6mm、长9cm的不锈钢管作为材料,制作了只对温度敏感的光纤光栅传感器,实验表明,传感器呈现良好的温度线性,温度灵敏系数为9.72pm/℃,稳定性好.在此基础上,采用了基于3×3耦合器的干涉型光纤光栅温度解调方案,详细的推导了信号解调过程,经过实验验证了解调方法的可行性及稳定性,实验结果表明,温度测量系统在40℃～100℃的测量范围内温度测量误差小于0.1℃,达到了工程应用的要求.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)002【总页数】5页(P17-21)【关键词】光纤光栅;3×3光纤耦合器;光纤传感器【作者】杜洋;衣文索;刘丹;荆涛【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TN253随着光纤光栅的制作技术不断成熟，光纤光栅传感技术，特别是布喇格光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术发展迅速并广泛应用于温度测量领域，与传统的电学传感器相比，光纤光栅传感器具有本质无源、能探测外界微小变化、尺寸小、制作成本低，可以在恶劣环境中使用等优点。
光纤光栅是一种波长调制型传感器，通过将外界的物理量转化成中心波长的变化来实现对外界信息的感知［1-3］。
由于被传感的物理量信息调制在光纤光栅传感器的中心波长上，因此如何精确、低成本、高速的解调出光纤光栅中心波长的变化是光纤光栅技术的核心。
目前的光纤光栅解调方法可分为光谱仪检测法、可调谐窄带光源解调法、可调谐光纤F-P滤波器法、匹配滤波法、衍射解调法、边缘滤波法和干涉法等七种，其中干涉解调法的分辨力最高，具有精度高、成本低、体积小的优点，这种方法是将光纤光栅的中心波长的变化转化成干涉仪的相位变化，从而实现解调［4-6］。
