一种新型马赫增德尔干涉仪解调方法研究

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随着科学和社会的发展,光纤传感器在人们生活中的应用范围越来越普遍。光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,具有结构简单、机械性能稳定、测量精度高的优点,在现代传感领域发挥着重要作用。光信号在经过两个1x2耦合器后发生干涉,待测量信号会使干涉信号产生相位的变化。将光信号转换为易于观察测量的电信号之后,通过对电信号的检测、放大、调制之后进入鉴相器比较出二者的相位差,从而反推出待测信号的大小。因此,如何准确、高效地解调出待测量一直是MZI的重点研究技术之一。本文研究了在测量系统中受到干扰时MZI的相位解调方法,设计出了一个简单、精确、高效的解调系统。在文章的内容分配上,首先分析了马赫-曾德干涉仪的工作原理和传统光纤相位调制和解调的原理,比较了各种方法的优缺点,并在此基础上初步提出系统搭建的总体方案。然后对该设计方案进行了细节上的构建,具体提出了每个模块应该具有的性质和满足的要求,在元件选择上分析了选择芯片和电路设计的理由,并给出了电路设计的具体电路图。最后在模块选择的基础之上,最终搭建出了一个基于平衡M-Z干涉仪的相位传感解调系统,并进行了相位解调实验测试。实验表明,在正常操作的条件下,1310nm波长的光信号在M-Z干涉仪中受到干扰时,干涉信号相位的变化量与承受干扰信号的大小近似成线性关系,鉴相器每移动1°需要0.0131 v,约为13.1 mv,这与理论分析出的结果相一致。表示通过这种解调方式对干扰信号进行监测、演示和解调都是可行的,并且能够达到预期的精度要求。该检测方法精度高,稳定性好,使相位检测工作可以不受周期限制精确检测出相位的变化,而且检测范围易于控制,只与相干长度有关。这对于未来光纤研究的发展具有一定的积极意义。
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