光學(xué)反射式分布測(cè)量技術(shù)淺析
3.3 干涉探測(cè)技術(shù)[5]
干涉探測(cè)在高分辨率、高探測(cè)靈敏度的光纖鏈路、光波導(dǎo)及其它光器件的結(jié)構(gòu)檢查中有優(yōu)異的性能表現(xiàn)。 光干涉探測(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5。光干涉探測(cè)儀的核心部分是低相干光源和Michelson干涉儀。探測(cè)光束分束后分別耦合入待測(cè)鏈路和參考鏈路。參考光經(jīng)過(guò)反射鏡返回,如果從待測(cè)鏈路事件點(diǎn)返回的反向散射光與參考光光程相等,兩束光干涉產(chǎn)生光強(qiáng)增大,可以從背景信號(hào)中識(shí)別出干涉信號(hào)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制參考反射鏡移動(dòng),可以檢測(cè)整個(gè)待測(cè)鏈路的光學(xué)特征。由時(shí)間延遲或參考反射鏡的位置可以確定事件點(diǎn)到測(cè)量輸入端的距離。 干涉探測(cè)儀采用低相干光源,相關(guān)時(shí)間很短,參考光只能與相關(guān)長(zhǎng)度內(nèi)的反向光發(fā)生干涉,因此干涉探測(cè)的理論分辨率由光源的相干長(zhǎng)度lc決定。光路上兩事件點(diǎn)的光程差是Δl=2n Δ s,(n是器件的折射率,Δs是兩事件點(diǎn)的距離)。當(dāng)Δl>lc時(shí),兩個(gè)事件點(diǎn)的反向光相互獨(dú)立,與參考光形成可以分辨的干涉條紋(圖6)。當(dāng)Δl(8)
λ0是光源中心波長(zhǎng),δλ是光源的譜寬。
四、總結(jié)
以上介紹了光反射探測(cè)的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法,著重分析了幾種改進(jìn)的探測(cè)技術(shù),討論了反射探測(cè)應(yīng)用于小尺度測(cè)量時(shí)最關(guān)注的探測(cè)分辨率問(wèn)題。相關(guān)探測(cè)利用互補(bǔ)碼調(diào)制探測(cè)信號(hào),達(dá)到抑制噪聲的目的,需要額外的編碼發(fā)生器及信號(hào)處理器,其分辨率由光源脈沖寬度及探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍決定。光頻域探測(cè)用頻率變化探測(cè)鏈路光學(xué)特征,有較高的分辨率及動(dòng)態(tài)范圍,但對(duì)頻率的線性調(diào)制有較高要求,頻率線性控制難度大,對(duì)測(cè)量信號(hào)要進(jìn)行Fourier變換計(jì)算,其分辨率由頻率變化間隔決定,測(cè)量精度可達(dá)到毫米精度。干涉探測(cè)利用光的干涉特性進(jìn)行測(cè)量,有高分辨率、高動(dòng)態(tài)范圍的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,需要相干時(shí)間短的穩(wěn)定光源,理論分辨率由光源相干長(zhǎng)度決定,實(shí)際還要受移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)精度影響,測(cè)量精度可達(dá)到微米精度。幾種探測(cè)技術(shù)的分辨率決定因素不同,在實(shí)現(xiàn)方法上各有特點(diǎn)。
五.參考文獻(xiàn)
1.P. Healey, "Instrumentation Principles for Optical Time Domain Reflectometry", J. Phys.E: scientific Instrum. , vol.19, pp.334-341 ,1986
2.M. Nazarathy, S. A. Newton, R. P. Giffard, D. S. Moberly, F. Sischka, W. R. Trutna and S. Foster, "Real-Time Long Range Complementary Correlation Optical Time Domain Reflectometer", J. Lightwave Tech., vol. 7, no. 1, pp. 23 - 38, 1989
3.M.J.E.Golay, "Complementary series." IRE Trans. Info. Theory, vol.1T-7, p.82, 1961
4.U. Glombitza and E. Brinkmeyer, "Coherent Frequency-Domain Reflectometry for Characterization of Single-Mode Integrated Optical waveguides", J. Lightwave Technol., vol. 11, no. 8, pp. 1377 - 1384, 1993
5.R. Rojko, J. Jasenek, "Low-Coherence Optical Time-Domain Reflectometry and Homogenity of Materials", J. of Electrical Engineering (E?), vol. 48, no. 9, pp. 129 - 132, 1994
評(píng)論