一种基于偏振复用的M-Z和Sagnac复合干涉仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于偏振复用的M

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪


[0001]本专利技术属于光纤干涉仪测量领域，涉及一种干涉仪，具体涉及一种基于偏振复用的Mach
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Zehnder和Sagnac复合干涉仪。

技术介绍

[0002]地震波，是唯一能够穿透地球介质内部的物理波，其作为地球内部能量剧烈变化的体现，是造成人类生命财产损失最严重的灾种之一。地震波作为一种矢量机械波，从空间维度而言，它不仅包含三个独立的平动分量，还包含三个独立的旋转分量。要完整地对地震波进行描述和分析，就必须要获得准确的全维度地震波信息。基于Sagnac干涉仪的光纤陀螺具有很高的角速度分辨率；基于Mach
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Zehnder干涉仪的震动测量仪具有很高的加速度分辨率，基于偏振复用的Mach
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Zehnder和Sagnac复合干涉仪可以在同一个光路中进行角速度与加速度的同时测量。面向地震波信息获取的迫切需求，复合光纤干涉仪因其具有多参量传感机理，具有广阔的发展前景。
[0003]针对地震运动的旋转分量的测量，早在1996年，A.Castellani和Z.Zembaty指出在靠近震源的地方，地震运动的旋转分量与平动分量的比值较高，这表明地震运动的旋转分量对于地震波动态响应预测有着重要意义(Castellani A，Zembaty Z.Comparison between earthquake rotation spectra obtained by different experimental sources[J].Engineering structures,1996,18(8):597
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603.)。1997年，坎特伯雷大学的G E Stedman提出利用环形激光陀螺仪对地震运动的旋转分量进行高精度测量(Stedman G E.Ring
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laser tests of fundamental physics and geophysics[J].Reports onprogress inphysics,1997,60(6):615.)；2000年，坎特伯雷大学的G E Stedman团队利用大型环形激光陀螺探测远震面波和体波的水平和垂直旋转分量(Pancha A,Webb T H,Stedman G E,et al.Ring laser detection of rotations from teleseismic waves[J].Geophysical Research Letters,2000,27(21):3553
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3556.)。2013年意大利国家计量研究院的C.Clivati提出了一种基于Sagnac效应的在多路复用电信光纤网络上实现的光纤陀螺仪，他们的环路占地20平方公里，这种Sagnac干涉仪能够检测大于10
‑8(rad/s)/Hz
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的信号，但是大型环形激光陀螺由于其自身结构复杂，对布设场地具有极高要求，无法广泛布设。
[0004]针对地震运动的平动分量的测量，哈尔滨工程大学杨军等人提出了多种光纤应变测量方案。如一种超短基线顺变柱体结构光纤位移传感器及光纤应变仪(CN102927914B)、一种短基线差分式激光应变测量仪(CN102927924B)、一种超短基线差分盘式光纤位移传感器及光纤应变仪(CN102927913B)。以上专利描述了利用Michelson干涉仪测量地震波的平动分量，其应变测量分辨率为10
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11
～10
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ε，动态范围大于180dB，但是以上三种应变仪均无法测量地震波产生的角速度。哈尔滨工程大学杨军与2016年公开了一种基于复合干涉仪的旋转地震波测量装置(CN106125131B)，该专利结合了传统的光纤陀螺(Sagnac干涉仪)与Michelson干涉仪，将两个干涉仪在光路上进行复用，减小了测量装置体积，同时增加了测
量功能，光纤陀螺的角速度测量分辨率为10
‑9rad/s，但是因Sagnac干涉仪与Michelson干涉仪共用同一个传感臂，两个干涉仪之间的串扰较大。同年，哈尔滨工程大学杨军等人公开了一种基于复合干涉仪结构的测斜装置(CN106441226B)，该专利设计了一种复合干涉仪光路结构，将两个Mach
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Zehnder干涉仪、一个Michelson干涉仪与一个Sagnac干涉仪进行光路复用，很大程度上减小了测斜仪的体积与制作成本，提高了系统的集成度。2020年，哈尔滨工程大学苑勇贵等人提出了一种单光源Michelson
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Sagnac复合双偏振光纤干涉仪(CN111426856A)，该干涉仪结合光纤陀螺与Michelson光纤干涉仪，将两个光纤干涉仪在传感臂与保偏轴上进行复用，能同时测量加速度与角速度，并抑制环境温度变化对加速度测量的影响。但是该复合干涉仪存在两个干涉仪之间信号串扰较大的缺点。

技术实现思路

[0005]为了实现对加速度和角速度的同时测量并且消除偏振衰落现象，减小两个参量测量之间的信号串扰，本专利技术提供了一种基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪。本专利技术在保偏Mach
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Zehnder干涉仪两臂上增加偏振分束器(PBS)器件，使两臂间形成环路，从而实现Sagnac干涉仪和Mach
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Zehnder干涉仪复用，并且该干涉仪与盘式加速度探头组合后能同时测量加速度与角速度。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，包括光源模块、复合干涉仪传感光路模块和上位机信号处理模块，其中：
[0008]所述光源模块包括输入光源和起偏器；
[0009]所述复合干涉仪传感光路模块包括环形器、一号耦合器、一号偏振分束器、二号偏振分束器、一号相位调制器、一号光纤环、一号探测器、二号探测器、二号相位调制器、二号光纤环、三号光纤环、二号耦合器、三号探测器和四号探测器；
[0010]所述上位机信号处理模块包括一号信号处理单元、二号信号处理单元、计算机、一号电导线、二号电导线、一号数据传输线和二号数据传输线；
[0011]所述输入光源与起偏器的f1端口连接，起偏器的f2端口与环形器的a1端口连接，形成四十五度保偏光纤焊点，环形器的a3端口连接至一号探测器；环形器的a2端口连接至一号耦合器的b1端口，一号耦合器的b2端口连接至二号探测器，一号耦合器的b3端口连接至一号偏振分束器的c1端口，一号偏振分束器的c3端口连接至一号相位调制器，一号相位调制器连接一号光纤环，耦合器的b4端口连接至二号偏振分束器的d1端口，二号偏振分束器的d3端口连接至一号光纤环；一号偏振分束器的c2端口连接至二号相位调制器，二号相位调制器连接二号光纤环，二号偏振分束器的d2端口连接至三号光纤环，二号耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，其特征在于所述复合干涉仪包括光源模块、复合干涉仪传感光路模块和上位机信号处理模块，其中：所述光源模块包括输入光源和起偏器；所述复合干涉仪传感光路模块包括环形器、一号耦合器、一号偏振分束器、二号偏振分束器、一号相位调制器、一号光纤环、一号探测器、二号探测器、二号相位调制器、二号光纤环、三号光纤环、二号耦合器、三号探测器和四号探测器；所述上位机信号处理模块包括一号信号处理单元、二号信号处理单元、计算机、一号电导线、二号电导线、一号数据传输线和二号数据传输线；所述输入光源与起偏器的f1端口连接，起偏器的f2端口与环形器的a1端口连接，形成四十五度保偏光纤焊点，环形器的a3端口连接至一号探测器；环形器的a2端口连接至一号耦合器的b1端口，一号耦合器的b2端口连接至二号探测器，一号耦合器的b3端口连接至一号偏振分束器的c1端口，一号偏振分束器的c3端口连接至一号相位调制器，一号相位调制器连接一号光纤环，耦合器的b4端口连接至二号偏振分束器的d1端口，二号偏振分束器的d3端口连接至一号光纤环；一号偏振分束器的c2端口连接至二号相位调制器，二号相位调制器连接二号光纤环，二号偏振分束器的d2端口连接至三号光纤环，二号耦合器的e1端口连接至二号光纤环，二号耦合器的e2端口连接至三号光纤环，二号耦合器的e3端口连接至三号探测器，二号耦合器的e4端口连接至四号探测器；一号探测器和二号探测器通过一号电导线连接至一号信号处理单元，一号信号处理单元通过一号数据传输线连接至计算机，三号探测器和四号探测器通过二号电导线连接至二号信号处理单元，二号信号处理单元通过二号数据传输线连接至计算机。2.根据权利要求1所述的基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，其特征在于所述起偏器、环形器、一号耦合器、一号偏振分束器、二号偏振分束器、一号光纤环、二号光纤环、三号光纤环和二号耦合器均为保偏光纤器件。3.根据权利要求1所述的基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，其特征在于四十五度保偏光纤焊点将起偏器的f2端口和环形器的a1端口进行四十五度对轴焊接。4.根据权利要求1所述的基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，其特征在于所述一号光纤环与盘式加速度探头组合后作为Sagnac光纤干涉仪的传感臂可测量角速度。5.根据权利要求4所述的基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，其特征在于所述一号光纤环粘接在盘式加速度探头的弹性盘片的两侧。6.根据权利要求4所述的基于偏振复用的M
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Z和Sagnac复合干涉仪，其特征在于所述Sagnac光纤干涉仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑勇贵，阮楠添，田帅飞，安然，简元浩，祝海波，党凡阳，朱云龙，朱瑶，杨军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：