光纖干涉儀的理論分析與設(shè)計(jì).pdf

1、干涉現(xiàn)象是光學(xué)中的基本現(xiàn)象，而且干涉儀的存在也有著較長的歷史。傳統(tǒng)干涉儀的原型大多出現(xiàn)于19世紀(jì)末20世紀(jì)初?，F(xiàn)在，雖然那些干涉儀在光譜學(xué)和基本量度學(xué)方面還有一些應(yīng)用，但在更為廣泛的物理量的測量中的應(yīng)用卻非常少，這主要是由于為保證傳統(tǒng)干涉儀的工作，各個(gè)光學(xué)元件的相對位置要仔細(xì)校正，這樣，就會(huì)出現(xiàn)一些不可避免的隨機(jī)擾動(dòng)而影響其性能。而光纖干涉儀(Optical Fiber Interferometer)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這一不足。與傳統(tǒng)的干涉儀

2、相比，光纖干涉儀因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耐腐蝕、靈敏度高、特別是抗電磁干擾能力強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)在光纖通信和傳感領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。常用的光纖干涉儀有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：馬赫-增德爾(Mach-Zehnder)干涉儀，邁克爾遜(Michelson)干涉儀，法布里-珀羅(Fabry-Pcrot)干涉儀、Sagnac干涉儀及光纖環(huán)形諧振腔(Fiber Ring Resonator)干涉儀等。本文基于光纖耦合器的耦合理論，分別對相干光及非相

3、干光在馬赫-曾德爾光纖干涉儀、單耦合器光纖諧振環(huán)(single-coupler Fiber Ring)和雙耦合器光纖諧振環(huán)(Double-coupler Fiber Ring)中的傳輸特性進(jìn)行了理論研究，并從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了光纖中的受激布里淵散射慢光對光纖干涉儀的輸出特性的影響。本論文的主要內(nèi)容分為以下四個(gè)方面： 首先，介紹了光纖中的光脈沖的傳輸及光纖耦合器的耦合機(jī)理等光纖干涉儀的基本理論。這是論文后面部分進(jìn)行分析討論的基

4、礎(chǔ)。 其次，基于相干光耦合理論分別對光波在馬赫-曾德爾光纖干涉儀、單耦合器光纖諧振環(huán)和雙耦合器光纖諧振環(huán)中的傳輸特性進(jìn)行了理論分析，討論了耦合器的各個(gè)參量對它們的輸出特性的影響。 再次，基于非相干光傳輸模型，對光強(qiáng)調(diào)制在光纖干涉儀中的傳輸過程進(jìn)行較系統(tǒng)理論分析和計(jì)算機(jī)仿真，得到了射頻及微波信號(hào)在光纖Mach-Zenhder干涉儀、單耦合器光纖諧振環(huán)和雙耦合器光纖諧振環(huán)中的傳遞函數(shù)，并給出了相應(yīng)器件取得零點(diǎn)、極點(diǎn)所需要的條

5、件。這對微波光子濾波器的研究和設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。 最后，描述了光纖中的受激布里淵散射效應(yīng)及其產(chǎn)生慢光的物理機(jī)理，回顧了近幾年來光纖中受激布里淵散射慢光技術(shù)研究的進(jìn)展?fàn)顩r。對其在光纖通信和傳感方面的應(yīng)用前景及目前研究中存在的問題進(jìn)行了討論，并研究了其對光纖干涉儀的自由光譜寬度的影響。最后對受激布里淵散射慢光對雙耦合器光纖諧振環(huán)傳輸特性的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 通過對相干光和非相干光在這幾種光纖干涉儀中的傳輸情況的討論，得