第3卷 第3期 2005年6月

光 学 与 光 电 技 术

OPTICS & OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY

Vol. 3, No. 3 June, 2005

文章编号 1672-3392(2005)03-0017-05

光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术

裴雅鹏 杨 军 苑立波

（哈尔滨工程大学理学院光纤传感器研究所，哈尔滨 150001）

摘 要 光纤干涉型传感器是由于外界信号作用到干涉仪上，引起干涉信号相位的变化，通过对相位的解调来反应外界信号。介绍了光纤干涉型传感器的结构及其原理，并对各种干涉型传感器的相位调制与解调技术的优缺点进行了分析。

关键词 光纤干涉型传感器；相位解调；零差法；外差法 中图分类号 TN253 文献标识码 A

1 引 言

自从1881年美国物理学家Michelson发明Michelson干涉仪以来，使用激光干涉传感器测量位移、速度的技术得到了很大的发展。随后又出现了Sagnac干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Peort干涉仪等一些干涉仪。激光干涉传感器能提供一种精确、快速、非接触的测量，而信号处理将直接影响到测量的分辨率、精度和动态范围等因素。在过去的20年，基于这些干涉仪原理的传感器相位解调方法已经成为研究的主要课题，出现了许多不同的调制与解调方法，从而使干涉型传感器的应用更加广泛。本文首先介绍了几个不同结构干涉型传感器的原理，然后着重介绍了其调制与解调技术的原理及实现方法。

因此，可以通过判断相位的变化来对外界物理量进行测量。

图1 光纤Michelson干涉仪的原理图 Fig.1 Schematic diagram of fiber optic Michelson

interferometer

2.2 光纤Mach-Zenhder干涉仪结构与原理

光纤Mach-Zenhder干涉仪结构与原理如图2所示。光源发出的光经过耦合器DC1，将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。经过耦合器DC2进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为

2 光纤干涉仪的结构

2.1 光纤Michelson干涉仪结构与原理

光纤Michelson干涉仪的结构与原理如图1所示，光源发出的光经过透镜会聚，入射到光纤耦合器DC，将光分成两路，一路作为参考光，入射到反射镜M1，另一路作为测量光，两路光被反射回到耦合器会聚并干涉，干涉光由探测器接收。当测量光一臂的反射镜M2发生移动，干涉条纹（干涉信号的相位）就要发生变化，输出光强的表达式为

2

I2=I12+I2+2I1I2cos ( ) （1）

I1=A+Bcos ( t) （2）

I2=A Bcos ( t) （3）

通过对干涉信号相位的提取来获知作用在信号臂上外界物理量的变化。

图2 光纤Mach-Zenhder干涉仪原理图 Fig.2 Schematic diagram of fiber optic Mach-Zenhder

interferometer

收稿日期 2004-11-26； 修改稿日期 2005-02-25 作者简介 裴雅鹏（1979-），男，硕士研究生，主要从事光纤传感技术的研究。E-mail: pyp991113@163.com