基于光纤Sagnac干涉仪的高精度宽谱光源平均波长测量技术

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基于光纤Sagnac干涉结构的磁光光纤费尔德常数测量

ＬＩ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｈｉ，ＷＵＢａｏ－ｊｉａｎ，ＷＥＮＦｅｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｉｎｇ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆｔｏｈｅＭｉｎｉｓｔｙｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ．Ｓｃｈｏｏｌｆｏ
ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆＣｏｈｉｎａ，
基于光纤Ｓａｇｎａｃ干涉结构的磁光光纤费尔德常数测量
李智，武保剑，文峰
（电子科技大学通信与信息工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川成都６１１７３１）
摘要：提出了一种基于光纤Ｓａｇｎａｃ干涉结构的磁光光纤费尔德（Ｖｅｒｄｅｔ）常数测量方法。通过测量光纤
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓａｇｎａｃｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｍａｇｎｅｔｏ．ｏｐｔｉｃａｌｉｆｂｅｒ；Ｖｅｒｄｅｔｃｏｎｓｔａｎｔ
Ｓａｇｎａｃ干涉结构的损耗及其所能达到的最小透射率，可计算光路中耦合器的分光比；进而根据Ｓａｇｎａｃ干涉结构的透射率随外加磁场的变化，确定光纤的等效Ｖｅｒｄｅｔ常数值。使用该方法实验测量了高非线性光纤Ｖｅｒｄｅｔ常数

基于长周期光纤光栅和保偏光纤Sagnac环光谱特性的温度与应变测量研究

方法较为复杂，而且成本较高。苗飞＿设计了一种基于ｇ］ＬＦＰＧ和高双折射光纤（Ｆ环镜同时测量温度和应变的方ＨＢ）
收稿日期：２１—２２，订日期：２１—５２０２０ —２修０２０ —Ｏ
１传感原理
基于长周期光纤光栅和保偏Ｓｇａａｎｃ环的温度与应变双参量测量系统的光路图如图１所示。宽带光源（Ｅ发出的ＡＳ）
第３卷，９２第期２０１２年９月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
ＳｅｔｏｃｐｎｐｃｒｌＡｎｌｓｓｐｃｒｓｏｙａｄＳｅｔａａｙｉ
Ｖｏ．２Ｎｏ９ｐ２１ — ３１１３，．，ｐ３８２２Ｓｐｅｅ，２２ｅｔｍｂｒ０１
强度的影响。Ｋａｇ等［］ｎ】在组成Ｓｇａ环的保偏光纤上利用０ａｎｃＣ激光器制作了长周期光纤光栅（Ｍ— ＰＧ）Ｏ２ＰＬＦ，实现了温
度和折射率的双参数传感测量，但受限于长周期光纤光栅的
写制技术。保偏光纤Ｓｇａ环具有结构简单、ａｎｃ灵敏度高、调节灵活
法，仅测量了系统透射波长随温度和应变的改变量，未考虑
引言
长周期光纤光栅（ｏｇｐｒｄｆｅｒｔｇＰＧ）１ｎｅｉｉｒｇａｉ，ＬＦ是一ｏｂｎ
种纤芯折射率的周期为６ｍ～１ｌｎ的光纤光栅。ＰＧ是０ｌｒｉＬＦ透射型光纤光栅，具有宽透射光谱带宽、后向反射等优无

sagnac干涉仪 ppt课件

sagnac干涉仪
Sagnac
常见的横向剪切干涉仪包括有Sagnac型，Mach—Zehnder型和双角反射体型等．其中，Sagnac型横向剪切干涉仪由于采用了三角共光路的结构，受外界振动、气流等因素的影响较小，抗干扰能力
强，应用最为广泛。
必须满足干涉成像光谱仪的视场要求，使特定孔径和视场内的所
萨格纳克效应：是1913年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动
主要由一个分光棱镜和完全对称的两个平面反射镜 (Mirror)组成，平面反射镜之间的夹角为45。如果平面反射镜的位置发生偏移，入射光线经过sagnac 干涉仪的横向剪切，将分割成两条相干光线．
由三角形的几何关系，正弦定理和折射定律
(1)
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
sagnac干涉仪
Sagnac干涉仪的几何参量分析
平面反射镜与分光棱镜表面的最小中心距离
平面反射镜与棱镜表面中心量分析
平面反射镜与分光棱镜表面的最小中心距离
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
入射光束的视场角为∞，在分光棱镜的入射面上其投影孔径为d．分光棱镜 ABCD的边长为a，平面反射镜、的中心点到分光棱镜表面。
sagna光c干涉路仪的临界情形
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
光棱镜的最小边长分析
sagnac干涉仪
sagnac干涉仪
sagnac干涉仪
sagnac干涉仪
干涉成像光谱仪分类

Sagnac干涉仪及应用

E2'
E3 E3'
3. 再次耦合
E E12''
i
1
i 1E E43''
2019/11/12
4
非线性Sagnac干涉仪的功能
TsE E 2 1'2 212(1)1cos[(12)p0l]
说明： 0.5 光纤环形镜
2019/11/12
3
Sagnac干涉仪的工作原理
1. 耦合
E4 E3
i
1
i 1E01
E1'
E4'
2. 沿着环走
E1
E4
E2
E3' E4*exp(i0i(E422E32)l)
E4' E3*exp(i0i(E322E42)l)
拓展的功能：光开关，光A/D, 光逻辑，光时分复用
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11
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12
4R2 4s
t

c2(12R2 /c2) c2
光成差：
l 4s c
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R
8
被动锁模激光器
激光输出
激光器的单方向运转
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非线性非对称光纤环形腔泵浦光
9
光信号处理：脉冲整形
整形前的脉冲
2019/11/12
整形后的脉冲
10
光信号处理：波长变换
2019/11/12
5
非对称的实现方法
提高非线性
高非线性光纤
结构非对称
(t )
2019/11/12
高非线性光纤微纳光纤
光相位调制器 SOA

光纤陀螺原理

光纤陀螺原理
光纤陀螺是一种利用光纤作为传感器的陀螺仪，它利用光的干涉原理来测量角
速度，是一种高精度、高灵敏度的惯性导航仪器。

其原理基于光纤在旋转时会受到Sagnac效应的影响，从而实现了角速度的测量。

光纤陀螺的工作原理主要包括光路、干涉和信号处理三个方面。

首先，光纤陀
螺的光路是由光源、分束器、光纤环、合束器和探测器组成的。

光源发出的光经过分束器分为两路，一路顺时针流过光纤环，另一路逆时针流过光纤环，然后再通过合束器汇聚到探测器上。

当光纤环处于静止状态时，两路光程相等，合束器上的光信号干涉消光。

而当光纤环发生旋转时，由于Sagnac效应的存在，两路光程会产
生微小的差异，导致合束器上的光信号发生干涉，从而产生干涉信号。

其次，干涉信号的处理是光纤陀螺中至关重要的一环。

探测器接收到干涉信号后，会将其转换为电信号，并经过放大、滤波、数字化等处理，最终输出为角速度信号。

这些信号经过一系列的计算和处理后，可以准确地反映出光纤陀螺所受到的旋转角速度。

最后，光纤陀螺的原理还涉及到光的干涉现象。

当两路光程差为波长的整数倍时，两路光信号将完全相消，形成干涉消光；而当光程差为波长的奇数倍时，两路光信号将完全相长，形成干涉增光。

通过探测器对干涉信号的检测，可以准确地测量出光纤陀螺所受到的角速度。

总的来说，光纤陀螺利用了光的干涉原理，通过测量光纤环中光路的微小差异，实现了对角速度的高精度测量。

其原理简单而又精密，使得光纤陀螺在导航、航天、地震监测等领域有着广泛的应用前景。

随着科技的不断进步，相信光纤陀螺在未来会有更加广阔的发展空间。

sagnac干涉仪

(1)
光棱镜的最小边长分析
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
Sagnac干涉仪的几何参量分析
平面反射镜与分光棱镜表面的最小中心距离
(2)
平面反射镜与棱镜表面中心距离
Sagnac干涉仪的几何参量分析
平面反射镜与分光棱镜表面的最小中心距离
Sagnac干涉仪的几何参量分析
Sagnac干涉仪的几何参量分析
Sagnac干涉仪
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
入射光束的视场角为∞，在分光棱镜的入射面上其投影孔径为d．分光棱镜 ABCD的边长为a，平面反射镜、的中心点到分光棱镜表面。
光路的临界情形
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
由三角形的几何关系，正弦定理和折射定律
常见的横向剪切干涉仪包括有Sagnac型，Mach—Zehnder型和双角反射体型等．其中，Sagnac型横向剪切干涉仪由于采用了三角共光路的结构，受外界振动、气流等因素的影响较小，抗干扰能力强，应用最为广泛。必须满足干涉成像光谱仪的视场要求，使特定孔径和视场内的所有入射光线全部通过干涉仪后发生干涉
Sagnac 干涉仪结构
考虑到航空航天仪器的要求，干涉仪应尽可能做到小型轻便．
Sagnac干涉仪结构
分体型Sagnac干涉仪分体型：由分光棱镜和两块反射镜组成 Sagnac干涉仪结构
实体型：由两块相同的半五角棱镜组成
其他变体
实体型Sagnac干涉仪
Sagnac干涉仪的基本原理
萨格纳克效应：是1913年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动

sagnac干涉仪

a
(2)
9
Sagnac干涉仪的几何参量分析
平面反射镜与分光棱镜表面的最小中心距离
a
10
Sagnac干涉仪的几何参量分析
a
11
Sagnac干涉仪的几何参量分析
a
12
a
13
图中只给出了垂直入射的一条光线通过Sagnac
干涉仪的光路．对于实际中具有一定孔径大小
和视场角的入射光束，要保证所有光线都能顺
利通过干涉仪并发生横向剪切，这就要求干涉
仪的几何尺寸参量满足一定的条件．
5
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
入射光束的视场角为∞，在分光棱镜的入射面上其投影孔径为d．分光棱镜 ABCD的边长为a，平面反射镜、的中心点到分光棱镜表面。
a 光路的临界情形
6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
光棱镜的最小边长分析
a
由三角形的几何关系，正弦定理和折射定律
(1)
7
Sagnac干涉仪的几何参量分析
分光棱镜的最小边长a
a
8
Sagnac干涉仪的几何参量分析
平面反射镜与分光棱镜表面的最小中心距离
平面反射镜与棱镜表面中心距离
主要由一个分光棱镜和完全对称的两个平面反射镜 (Mirror)组成，平面反射镜之间的夹角为45。如果平面反射镜的位置发生偏移，入射光线经过sagnac 干涉仪的横向剪切，将分割成两条相干光线．
Sagnac干涉仪
a
进入干涉仪的一束光在分光面被分成两束，分别经过反射镜反射后，从出射面出射。出射的两束光不重合，就形成剪切。
常见的横向剪切干涉仪包括有Sagnac型，Mach—Zehnder型和双角反射体型等．其中，Sagnac型横向剪切干涉仪由于采用了三角共光路的结构，受外界振动、气流等因素的影响较小，抗干扰能力强，应用最为广泛。

基于PMF-Sagnac环结构的光纤压力传感特性研究

16传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies)2021年第40卷第3期DOI：10.13873/J.1000-9787(2021)03-0016-03基于PMF-Sagnac环结构的光纤压力传感特性研究$侯美江，田晶，左一武(贵州大学物理学院，贵州贵阳550025)摘要：提出了一种基于熊猫保偏光纤（PMF)-Sagnac环结构的光纤压力传感系统。

利用PMF对外界环境的双折射敏感且可进行窄带滤波特性，搭建了压力传感系统,并对该传感系统进行了解调。

系统结构简单，成本低,易操作。

理论分析表明：当传感单元固定，随着压力的增加，传感系统干涉光的波长漂移呈线性变化。

实验验证了传感头分别为1m和2m的传感器的压力传感特性。

结果显示:随着压力的升高，该传感系统干涉光的波长呈线性变化，线性度分别为0.998和0. 995;灵敏度分别为0.258 rnm N和0.133 nm/N;且随着传感光纤长度的增加,透射谱波谷的3 dB带宽不会改变。

关键词：光纤压力传感器；相位解调；熊猫保偏光纤（PMF)中图分类号：TP212.1 文献标识码：A文章编号：1000-9787(2021)03-0016-03 Research on optical fiber pressure sensing characteristicsbased on PMF-Sagnac loop structure**HOU M eijian g，T I AN Jin g，ZUOY i wu(College of Physics,Guizhou University，Guiyang550025，China)Abstract：A fiber-optic pressure sensing system based on panda polarization-maintaining fiber(PMF)-Sagnacloop structure is proposed.Taking the advantage of sensitivity of birefringence of PMF to external enviro can perform s narrow-band filtering，set up pressure sensing system,and demodulation of the sensing system isperformed.The proposed system has advantages of simple structure，low cost and easy to operate.Theoreticalanalysis shows that when the sensing unit is fixed，as the pressure increases,the wavelength drift of interferencelight of sensing system change linearly.The experiment verifies the characteristics of pressure sensing with thelength of the sensor p robe is 1m and2 m，respectively.The experimental results show that with the increase ofpressure,the wavelength of t he sensing system changes linearly，the linearity is 0.998 and0. 995，respectively.Meanwhile,the sensitivity is0.258n n x/N and0.133 n n x/N,respectively.And with the length increa fiber,the3 dB bandwidth of the transmission spectrum trough remain constant.Keywords：optical fiber pressure sensor；phase demodulation；panda type polarization-maintaining fiber(PMF)〇引言光纤传感因具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点而逐渐取代传统电类传感器并应用到现代工业监测中[1'2],其种类繁多、应用广泛、结构多样。

光纤陀螺仪工作原理

光纤陀螺仪工作原理光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，FOG）是一种基于光学原理的角速度测量仪器。

它利用了光在光纤中传播的特性和光的干涉效应来测量角速度，广泛应用于惯性导航、航天器姿态控制和惯性测量等领域。

光纤陀螺仪的工作原理基于Sagnac效应，该效应是由法国物理学家Georges Sagnac 在1913年首次发现的。

根据Sagnac效应，当任何一个光源经过旋转的介质后再次返回到光源处时，其相位将发生变化，这个相位差正比于旋转速度、旋转角度以及光源发出的光波长。

基于这个效应，光纤陀螺仪通过测量这种相位差来计算旋转角速度。

光纤陀螺仪的基本结构包括光源、光纤环路、探测器以及信号处理器。

其中，光源发出的光通过一根光纤分成两束，分别沿着光纤环路的顺时针和逆时针方向传播。

当光沿着环路传播一周后再次到达起点时，两束光将会干涉。

根据干涉的结果可以得到相位差，进而计算旋转角度。

当光纤环路没有旋转时，两束光的相位差为零，干涉之后形成零干涉。

而当光纤环路发生旋转时，在一个转向上的光波程将会变短，另一个转向上的光波程将会变长，导致干涉后的光强发生改变。

这种光强的改变可以通过探测器测量到，并转化为电信号。

为了提高精度，光纤陀螺仪通常采用双倍频技术或者相移技术。

在双倍频技术中，相位差小于光波长的情况下，光的相位差由49958次的红外量子光经过升频，变成了实际可以测量的相位差。

而相移技术则通过改变输入光波的相对相位，使干涉信号在正负半周中分离，从而提高了测量的灵敏度和精度。

信号处理器对探测到的光强信号进行处理，根据干涉信号的振幅、频率和相位差计算出旋转角速度。

与传统陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有全固态、抗震动、体积小、精度高、长寿命等优点，广泛应用于航空航天、导航定位和惯性测量等领域。

总结来说，光纤陀螺仪的工作原理是基于光的干涉效应。

通过光纤环路中光在旋转的介质中传播后形成的干涉效应，测量旋转角速度。

光纤陀螺仪具有高精度、抗震动、体积小等优点，被广泛应用于各种导航和姿态控制系统中。

干涉式光纤陀螺中Shupe效应与Sagnac效应的分离

干涉式光纤陀螺中Shupe效应与Sagnac效应的分离周柯江;胡国栋;刘树俊;胡科可【摘要】热引入的零偏漂移即Shupe 效应是提高光纤陀螺精度面临的最大难题。

基于Shupe效应与光纤陀螺的Sagnac效应具有本质的不同特性，即Sagnac效应引起的相移只与几何尺寸有关，而与光传播的介质特性无关，提出了一种新型的不受温度梯度影响的光纤陀螺。

利用两个偏振模式在光纤陀螺环中交替或同时传播可以将Sagnac相移与Shupe误差相移分离开来，基于两种偏振模式分时传播实验，初步验证了该理论的可行性。

并且提出了一种新型的偏振交替干涉式光纤陀螺模型以改进其性能。

%Thermally-induced bias drift,i.e. Shupe effect is one of the challenges that improve the accuracy of inter-ferometric fiber-optic gyroscope (IFOG). A thermally-bias-free scheme for an IFOG is presented,which is based on the different characteristic between the Sagnac effect and the Shupe effect that the Sagnac phase is related only to geo-metric layout of the sensing loop and is independent of the medium’s characteristic of light propagation. This paper exploits light propagations along two eigen-axes of the polarization maintaining fiber of IFOG to separate the rotation phase from the error phase. An experiment is designed based on two polarization mode propagates alternately in the sensing loop,and the feasibility of the theory is preliminarily verified. Meanwhile a detection scheme is also proposed that polarization mode changes alternately to improve the thermal performance of fiber optic gyroscope.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P429-432)【关键词】Shupe效应;Sagnac效应;干涉式光纤陀螺【作者】周柯江;胡国栋;刘树俊;胡科可【作者单位】浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TN253;V241.5干涉式光纤陀螺(IFOG)是一种基于Sagnac效应用来测量干涉光路之间相位差变化的光纤干涉仪。

基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统

基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统
卞晓亮;江俊杰;童欣;杨磊;彭扬帆;严庆刚
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2024(54)1
【摘要】提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪用于多点局部放电超声检测的光纤传感系统。

该超声检测系统由光源、单模光纤延迟线、光纤耦合器、相位调制器、偏振控制器和对比度为1的光纤Sagnac干涉仪组成。

首先介绍了传感系统的超声检测的原理,然后搭建了模拟局部放电超声实验平台,利用Nd∶YAG激光器照射钢板激发出的表面波和高频声源,针对局部放电超声在钢板和变压绝缘油中的传播情况进行了实验。

实验结果证明了使用该系统用于局部放电超声检测的有效性,在100 kHz~200 kHz频率范围内,信噪比可达40 dB以上,同时实验验证了该Sagnac传感器对局部放电超声的多点检测能力。

该光纤超声检测系统结构简单,频率响应高,成本低廉在局部放电等领域有着巨大潜力。

【总页数】7页(P154-160)
【作者】卞晓亮;江俊杰;童欣;杨磊;彭扬帆;严庆刚
【作者单位】国家电网上海市电力公司崇明供电分公司;上海交通大学信息与电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM855;TP212.44
【相关文献】
1.基于光纤Sagnac干涉仪的旋转角度测量系统
2.基于Sagnac干涉仪和Φ-OTDR的光缆振动预警定位系统
3.基于改进型sagnac干涉仪的扰动定位系统
4.基于3×3耦合器的环型Sagnac干涉仪管道监测系统实验研究
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Sagnac干涉仪的若干问题和光源控制研究的开题报告

Sagnac干涉仪的若干问题和光源控制研究的开题报告一、Sagnac干涉仪的若干问题1. 什么是Sagnac干涉仪？Sagnac干涉仪是一种测量旋转角速度的仪器，在惯性导航、陀螺仪等领域有广泛的应用。

2. Sagnac干涉仪的原理是什么？Sagnac干涉仪的原理是基于Sagnac效应，即当光通过一个环形路径时，如果该环形路径沿着旋转方向移动，那么光程差会发生变化，从而产生干涉条纹。

3. Sagnac干涉仪的优劣势有哪些？Sagnac干涉仪的优势在于高精度的旋转测量，测量范围广，且不受地球自转的影响。

劣势在于占用空间较大且容易受到环境因素的干扰。

4. Sagnac干涉仪的应用领域有哪些？Sagnac干涉仪广泛应用于惯性导航、陀螺仪、光纤陀螺等领域。

二、光源控制研究的开题报告1. 研究背景与意义在精密测量技术和通信技术等领域中，光源的控制是非常重要的一环。

在测量中，光源的稳定性和准确性会直接影响到测量结果的可靠性和精度；在通信中，光源的控制也会影响到通信的质量和稳定性。

因此，对光源的控制研究具有重要的意义。

2. 研究内容和方法本课题旨在研究光源的控制方法，主要包括以下内容：（1）建立光源控制装置，包括光源的选择、功率控制和波长调节等。

（2）探究光源功率控制的方法，分别研究闭环控制和开环控制两种方法的优缺点，以及其在不同应用场景中的适用性。

（3）研究光源波长的调节方法，包括温度控制、SPA控制、PID控制等，并探索不同方法在控制稳定性和精度方面的优缺点。

（4）通过实验对各种控制方法进行验证和评估，考察不同控制方法的控制性能和适用性。

3. 研究意义和预期结果通过本课题的研究，可以提高光源的稳定性和控制精度，为精密测量技术和通信技术等领域中的光源控制提供技术支持。

预计达到以下预期结果：（1）建立一套适用于不同应用场景的光源控制装置，包括光源的选择、功率控制和波长调节等；（2）评估不同控制方法的性能，提出适用于不同需求的控制方案；（3）验证和评估各种控制方法的实际性能，为光源控制技术的进一步发展提供参考。