一种超分辨率白光干涉信号的识别方法技术

本发明专利技术是针对现有技术中白光干涉信号叠加，劣化测量系统分辨率的难题，提供的一种超分辨率白光干涉信号识别方法，用于提升白光干涉系统分辨率，该方法找寻两个干涉信号叠加时面积发生的变化与两个耦合点光程差之间的关系，通过测量两个耦合点的消光比，计算得到两个干涉信号实际面积，即使干涉信号已经交叠无法识别，仍然可以推算出两个干涉信号之间的光程差，该方法可以使白光干涉信号的空间分辨率从10cm左右提升至1cm左右，该方法可以提升白光干涉系统的分辨率，有利于保偏器件拍长测量、应力传感等方面的进一步发展。应力传感等方面的进一步发展。应力传感等方面的进一步发展。

【技术实现步骤摘要】
一种超分辨率白光干涉信号的识别方法


[0001]本专利技术涉及白光干涉信号
，尤其涉及的是，一种超分辨率白光干涉信号的识别方法。

技术介绍

[0002]白光干涉法具有动态范围大，分辨率高，无损测量，可绝对测量等优势，逐渐发展为最优的保偏光纤拍长测试方法。现有的实现方案是通过白光干涉测量保偏光纤中两个耦合点对应的干涉信号，得到两个耦合点之间的光程差信息，再利用稳频干涉仪精确测量两个耦合点之间的空间距离，利用公式光程差除以空间距离得到保偏光纤的双折射差。然后利用光波长计测量干涉系统中光源输出的中心波长，利用拍长等于波长除以双折射差的计算公式得到拍长值。该方案的优势是可溯源到长度标准，能大幅度提高拍长的测量精度。
[0003]专利号为“CN107976300A”的专利技术专利采用白光干涉方式测量光程差，并利用稳频干涉仪精确测量空间距离，测量结果可溯源到长度标准，大幅度提高了拍长测量精度。但是，实际应用过程中，我们发现由于白光干涉信号具备一定的宽度，当利用白光干涉仪测量10cm以下短光纤的拍长时，干涉信号会发生叠加，用常规的方法将无法测量。随着保偏光纤的不断发展，拍长越来越小，目前已有2mm拍长测量要求的提出，如果利用常规方式，小拍长的短光纤将更难以利用白光干涉法进行测量。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有测试方法识别白光干涉信号的不足，提出一种超分辨率白光干涉信号识别方法，当两个耦合点距离小于10cm之后，干涉信号交叠，测试系统受限于测量原理，只能得到低分辨率下的干涉信号信息，本专利技术通过计算低分辨率干涉信号面积变化，从低分辨信号中提取出高分辨率的数据参数。
[0005]本专利技术的关键点是找寻白光干涉信号重叠之后引起的信号面积的变化与耦合点距离大小之间的关系；提出了信号面积变化的测量流程；依据面积变化得到高于光源相干长度的分辨率，从而实现白光干涉信号的超分辨率识别，该方法可以实现短光纤的拍长测量。
[0006]为达上述目的，本专利技术实施例提供了一种超分辨率白光干涉信号的识别方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：测量开始，准备待测光纤；
[0008]步骤2：将待测光纤与光源输出尾纤熔接，并利用消光比测试仪测量第一耦合点，得到第一耦合点消光比PER1；
[0009]步骤3：将待测光纤与偏振分束器尾纤熔接，并利用消光比测试仪测量第二耦合点，得到第二耦合点消光比PER2；
[0010]步骤4：将偏振分束器接入白光干涉测试系统，白光干涉系统原理如下：一束偏振宽谱光耦合进入到保偏光纤的一个偏振轴中，当偏振光传输到一个扰动点时，偏振光将会
有部分光耦合进入到正交方向的偏振轴中，在光纤输出端，通过偏振分束器将两个偏振方向的光进行分离，其中一个偏振方向的光进入参考臂，另一个偏振方向的光经过90
°
偏振方向的旋转后进入到有延迟线的移动臂，随着延迟线的光程补偿，两个偏振方向的传输光将发生干涉，测量得到低分辩率白光干涉信号V(x)，利用干涉信号V(x)的幅度可以确定扰动点串扰的大小，根据干涉信号V(x)出现的位置可以判断串扰点在光纤中存在的位置；
[0011]步骤5：获取低分辩率白光干涉信号V(x)中信号最高点V
max
(x)，从V(x)数据截取出以V
max
(x)为中心左右各2000个数据点共4001个数据点的干涉信号V1(x)，V1(x)信号中将包含上述所述的第一耦合点及第二耦合点对应的第一低分辩率白光干涉信号及第二低分辩率白光干涉信号；计算白光干涉信号V1(x)的面积S1，面积计算公式如下：
[0012][0013]利用PER1和PER2计算两个干涉信号的真实面积理论面积S2，计算公式如下：
[0014][0015]上述公式中的L
c
为干涉系统光源的相干长度；
[0016]步骤6：计算实际测量面积和理论面积直接的差值，计算公式如下；
[0017]Error＝S1‑
S2[0018]步骤7：利用真实面积S1减理论面积S2得到的面积差Error，计算两个耦合点的距离Δl，Δl与Error的关系式如下：
[0019][0020]上述公式中k0＝2π/λ其中λ为光源中心波长，Δn待测光纤的双折射，
[0021]上述参数都由光源和光纤生产厂家提供；
[0022]步骤8：利用上述公式可以求解得到距离Δl，但是会存在多个解Δl1、
[0023]Δl2、Δl3.....，因此需要利用有效面积积分宽度W，找到两个耦合点的距离Δl数值的唯一解；将干涉信号V1(x_的最高点设置为零点Z
zero
，V1(x)干涉信号的有效宽度设置为W，有效宽度内的面积S3计算公式如下：
[0024][0025]当S3/S1＝99％时，W即为有效宽度
[0026]步骤9：真实距离Δl与有效面积积分宽度W，存在以下对应关系：
[0027][0028]利用上述公式可以得到距离Δl的唯一解，此时的Δl即为两个耦合点的真实距
离。
[0029]采用本专利技术一种超分辨率白光干涉信号的识别方法，其涉及解决的测量方法的有益效果具有以下几个方面：
[0030](1)找寻出两个干涉信号面积变化与两个耦合点距离之间的关系，分辨率从空间10cm左右提升至1cm左右。
[0031](2)通过白光干涉信号叠加之后有效面积积分宽度的变化，可以近一步精确确认耦合点之间的真实光程差。
[0032](3)提出新的测试流程，可以测量距离小于10cm的两个耦合点的各自真实消光比。
附图说明
[0033]图1为本专利技术一种超分辨率白光干涉信号的识别方法流程示意图。
具体实施方式
[0034]为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本专利技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0035]本专利技术的一个实施例是，步骤1：测量开始，准备待测光纤；
[0036]步骤2：将待测光纤与光源输出尾纤熔接，并利用消光比测试仪测量第一耦合点，得到第一耦合点消光比PER1；
[0037]步骤3：将待测光纤与偏振分束器尾纤熔接，并利用消光比测试仪测量第二耦合点，得到第二耦合点消光比PER2；
[0038]步骤4：将偏振分束器接入白光干涉测试系统，白光干涉系统原理如下：一束偏振宽谱光耦合进入到保偏光纤的一个偏振轴中，当偏振光传输到一个扰动点时，偏振光将会有部分光耦合进入到正交方向的偏振轴中，在光纤输出端，通过偏振分束器将两个偏振方向的光进行分离，其中一个偏振方向的光进入参考臂，另一个偏振方向的光经过90<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超分辨率白光干涉信号的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量开始，准备待测光纤；步骤2：将待测光纤与光源输出尾纤熔接，并利用消光比测试仪测量第一耦合点，得到第一耦合点消光比PER1；步骤3：将待测光纤与偏振分束器尾纤熔接，并利用消光比测试仪测量第二耦合点，得到第二耦合点消光比PER2；步骤4：测量得到低分辩率白光干涉信号V(x)；步骤5：获取低分辩率白光干涉信号V(x)中信号最高点V
max
(x)，从V(x)数据截取出以V
max
(x)为中心左右各2000个数据点共4001个数据点的干涉信号V1(x)，V1(x)信号中将包含上述所述的第一耦合点及第二耦合点对应的第一低分辩率白光干涉信号及第二低分辩率白光干涉信号；计算白光干涉信号V1(x)的面积S1，面积计算公式如下：利用PER1和PER2计算两个干涉信号的真实面积理论面积S2，计算公式如下：上述公式中的L
c
为干涉系统光源的相干长度；步骤6：计算实际测量面积和理论面积直接的差值，计算公式如下；Error＝S1‑
S2步骤7：利用真实面积S1减理论面积S2得到的面积差Error，计算两个耦合点的距离Δl，Δl与Error的关系式如下：上述公式中k0＝2π...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯成城，郑光金，韩正英，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：