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基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声特性研究

王建飞 王潇 罗洪 孟洲

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基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声特性研究

王建飞, 王潇, 罗洪, 孟洲

Investigation of polarization-induced phase noise in interferometric optical fiber sensing system based on FRM

Wang Jian-Fei, Wang Xiao, Luo Hong, Meng Zhou
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  • 偏振诱导信号衰落现象的抑制是干涉型光纤传感系统的关键技术之一. 针对法拉第旋镜(FRM)法抑制偏振诱导信号衰落技术的残留偏振相位噪声问题进行了深入的理论和实验研究. 运用琼斯矩阵法建立了基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的理论模型; 分析了影响系统偏振相位噪声的主要原因: 法拉第旋镜的旋光角度偏差、入射光偏振态调制度、干涉仪两臂光纤双折射; 提出了相应的抑制偏振相位噪声的方法. 详细仿真分析了入射光偏振态调制度对干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的影响, 仿真分析得出若法拉第旋镜旋光角度偏差为最大工艺制造误差1°, 当入射光偏振态调制度为1.84 rad时, 系统可能出现的最大偏振相位噪声为0.0815 rad. 最后, 搭建了基于M-Z型偏振态调制器的偏振相位噪声测试系统, 测试了在传输光纤受到外界偏振扰动的情况下, 干涉传感系统存在的偏振相位噪声, 实验测试结果与理论分析结果基本一致, 有力地证明了该偏振相位噪声理论分析模型的正确性.
    One of the key technologies of interferometric optical fiber sensing system is to overcome polarization-induced signal fading in interferometric fiber sensors. The theoretical and the experimental investigations of the residual polarization-induced phase noise (PIN) in single-mode optical fiber Michelson interferometer based on Faraday rotation mirror (FRM) are conducted in this paper. A theoretical model of the residual PIN based on Jones matrix is developed. Three leading influencing factors of the residual PIN are educed: the rotation deviation angle of FRM, the state of polarization of input light, and the birefrigent effect of the optical fiber. And three methods are proposed to overcome the residual PIN. The maximal PIN with its amplitude of 0.0815 rad possibly exists in the sensing system when the polarization modulation degree equals 1.84 rad. The correctness of the theoretical model is proved by the experimental results.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61177073)和光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室(暨南大学)开放基金 (批准号: gd0l201101)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61177073), and the Open Fund of Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies of Guangdong Higher Education Institutes, Jinan University (Grant No. gdol201101).
    [1]

    Cranch G A, Crickmore R, Kirkendall C K, Bautista A, Daley K, Motley S, Salzano J, Latchem J, Nash P J 2004 J. Acoust. Soc. Am. 115 2848

    [2]

    Ni M, Yang H Y, Xiong S D, Hu Y M 2006 Appl. Optics 45 1

    [3]

    Hu Y M, Meng Z, Xiong S D, Liu Y, Zhang X L, Fei G Q, Wang Z X 2003 Acta. Acustica 28 155 (in Chinese) [胡永明, 孟洲, 熊水东, 刘阳, 张学亮, 费国强, 王照霞 2003 声学学报 28 155]

    [4]

    Meng Z, Hu Y M, Xiong S D, Liu Y, Ni M, Zhang X L 2002 Chinese J. Lasers 29 415 (in Chinese) [孟洲, 胡永明, 熊水东, 刘阳, 倪明, 张学亮 2002 中国激光 29 415]

    [5]

    Kersey A D, Marrone M J, Dandridge A, Tveten A B 1988 J. Lightwave Technol. 6 1599

    [6]

    Marrone M J, Kersey A D, Dandridge A 1991 Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors Boston September 4, 1991 p194

    [7]

    Boger Y S, Tur M 1991 Electron. Lett. 27 622

    [8]

    Kersey A D, Marrone M J, Davis M A 1991 Electron. Lett. 27 518

    [9]

    Shinji Y, Kazuo H 1997 J. Lightwave Technol. 15 900

    [10]

    Wang J F, Wang X, Luo H, Meng Z 2010 Chinese J. Lasers 37 1042 (in Chinese) [王建飞, 王潇, 罗洪, 孟洲 2010 中国激光 37 1042]

    [11]

    Arce-Diego J I, Echevarria-Cuenca J, Cobo A, Lopez-Higuera J M 1998 CLEO/Europe Conference on Lasers and Electro-Optics Europe Glasgow, September 14-18, 1998 p242

    [12]

    Wu Y F, Xiao H, Zhang S W, Li F, Liu Y L 2008 J. Optoelectron. Laser 19 1446 (in Chinese) [吴悦峰, 肖浩, 张松伟, 李芳, 刘育梁 2008 光电子·激光 19 1446]

    [13]

    Yu M 2007 J. Vibration Shock 16 83 (in Chinese) [于梅 2007 振动与冲击 16 83]

    [14]

    Born, Wolf 1999 Principles of Optics (7th expended edition) (Cambridge: Cambridge University Press) p25

    [15]

    Liao Y B 2000 Fiber Optics (Beijing: Tsinghua University Press) p78 (in Chinese) [廖延彪 2000 光纤光学 (北京: 清华大学出版社) 第78页]

    [16]

    Qi L Z, Xiao H, Li F, Liu Y L 2008 Laser Infrared 38 259 (in Chinese) [齐龙舟, 肖浩, 李芳, 刘育梁 2008 激光与红外 38 259]

    [17]

    Ni M 2003 Ph. D. Dissertation (Beijing: Chinese Academy of Science) (in Chinese) [倪明 2003 博士学位论文 (北京: 中国科学院)]

    [18]

    Qian K, Xu X C, Ge Q, Wu X Q, YU L B 2008 Chinese J. Quantum Electron. 25 114 (in Chinese) [钱楷, 徐长春, 葛强, 吴许强, 俞本立 2008 量子电子学报 25 114]

    [19]

    Hao Y Q, Li H N, Yang K Kong P, Su L, Li J F, Chen Z P 2009 J. Appl. Optics 30 626 (in Chinese) [郝蕴琦, 李海宁, 杨坤, 孔鹏, 苏磊, 李俊丰, 陈镇平 2009 应用光学 30 626]

    [20]

    Wang G H, Wu F Q, Xu S C 2004 J. Optoelectron. Laser 15 1477 (in Chinese) [王光辉, 吴福全, 徐世昌 2004 光电子·激光 15 1477]

    [21]

    Liang X 2008 Ph. D. Dissertation (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [梁迅 2008 博士学位论文 (长沙: 国防科学技术大学)]

  • [1]

    Cranch G A, Crickmore R, Kirkendall C K, Bautista A, Daley K, Motley S, Salzano J, Latchem J, Nash P J 2004 J. Acoust. Soc. Am. 115 2848

    [2]

    Ni M, Yang H Y, Xiong S D, Hu Y M 2006 Appl. Optics 45 1

    [3]

    Hu Y M, Meng Z, Xiong S D, Liu Y, Zhang X L, Fei G Q, Wang Z X 2003 Acta. Acustica 28 155 (in Chinese) [胡永明, 孟洲, 熊水东, 刘阳, 张学亮, 费国强, 王照霞 2003 声学学报 28 155]

    [4]

    Meng Z, Hu Y M, Xiong S D, Liu Y, Ni M, Zhang X L 2002 Chinese J. Lasers 29 415 (in Chinese) [孟洲, 胡永明, 熊水东, 刘阳, 倪明, 张学亮 2002 中国激光 29 415]

    [5]

    Kersey A D, Marrone M J, Dandridge A, Tveten A B 1988 J. Lightwave Technol. 6 1599

    [6]

    Marrone M J, Kersey A D, Dandridge A 1991 Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors Boston September 4, 1991 p194

    [7]

    Boger Y S, Tur M 1991 Electron. Lett. 27 622

    [8]

    Kersey A D, Marrone M J, Davis M A 1991 Electron. Lett. 27 518

    [9]

    Shinji Y, Kazuo H 1997 J. Lightwave Technol. 15 900

    [10]

    Wang J F, Wang X, Luo H, Meng Z 2010 Chinese J. Lasers 37 1042 (in Chinese) [王建飞, 王潇, 罗洪, 孟洲 2010 中国激光 37 1042]

    [11]

    Arce-Diego J I, Echevarria-Cuenca J, Cobo A, Lopez-Higuera J M 1998 CLEO/Europe Conference on Lasers and Electro-Optics Europe Glasgow, September 14-18, 1998 p242

    [12]

    Wu Y F, Xiao H, Zhang S W, Li F, Liu Y L 2008 J. Optoelectron. Laser 19 1446 (in Chinese) [吴悦峰, 肖浩, 张松伟, 李芳, 刘育梁 2008 光电子·激光 19 1446]

    [13]

    Yu M 2007 J. Vibration Shock 16 83 (in Chinese) [于梅 2007 振动与冲击 16 83]

    [14]

    Born, Wolf 1999 Principles of Optics (7th expended edition) (Cambridge: Cambridge University Press) p25

    [15]

    Liao Y B 2000 Fiber Optics (Beijing: Tsinghua University Press) p78 (in Chinese) [廖延彪 2000 光纤光学 (北京: 清华大学出版社) 第78页]

    [16]

    Qi L Z, Xiao H, Li F, Liu Y L 2008 Laser Infrared 38 259 (in Chinese) [齐龙舟, 肖浩, 李芳, 刘育梁 2008 激光与红外 38 259]

    [17]

    Ni M 2003 Ph. D. Dissertation (Beijing: Chinese Academy of Science) (in Chinese) [倪明 2003 博士学位论文 (北京: 中国科学院)]

    [18]

    Qian K, Xu X C, Ge Q, Wu X Q, YU L B 2008 Chinese J. Quantum Electron. 25 114 (in Chinese) [钱楷, 徐长春, 葛强, 吴许强, 俞本立 2008 量子电子学报 25 114]

    [19]

    Hao Y Q, Li H N, Yang K Kong P, Su L, Li J F, Chen Z P 2009 J. Appl. Optics 30 626 (in Chinese) [郝蕴琦, 李海宁, 杨坤, 孔鹏, 苏磊, 李俊丰, 陈镇平 2009 应用光学 30 626]

    [20]

    Wang G H, Wu F Q, Xu S C 2004 J. Optoelectron. Laser 15 1477 (in Chinese) [王光辉, 吴福全, 徐世昌 2004 光电子·激光 15 1477]

    [21]

    Liang X 2008 Ph. D. Dissertation (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [梁迅 2008 博士学位论文 (长沙: 国防科学技术大学)]

  • [1] 董大兴, 刘友文, 伏洋洋, 费越. 金属光栅异常透射增强黑磷烯法拉第旋转的理论研究. 物理学报, 2020, 69(23): 237802. doi: 10.7498/aps.69.20201056
    [2] 刘金安, 涂佳隆, 卢志利, 吴柏威, 胡琦, 马洪华, 陈欢, 易煦农. 基于Pancharatnam-Berry相位和动力学相位调控纵向光子自旋霍尔效应. 物理学报, 2019, 68(6): 064201. doi: 10.7498/aps.68.20182004
    [3] 颜森林. 半导体激光器混沌法拉第效应控制方法. 物理学报, 2015, 64(24): 240505. doi: 10.7498/aps.64.240505
    [4] 赵顾颢, 赵尚弘, 幺周石, 郝晨露, 蒙文, 王翔, 朱子行, 刘丰. 偏振无关的旋光双反射结构的实验研究. 物理学报, 2013, 62(13): 134201. doi: 10.7498/aps.62.134201
    [5] 汪之国, 龙兴武, 王飞, 张斌. 激光陀螺本征模偏振态与磁敏感特性的理论研究. 物理学报, 2013, 62(5): 054205. doi: 10.7498/aps.62.054205
    [6] 董丽娟, 杜桂强, 杨成全, 石云龙. 厚金属Ag膜的磁光法拉第旋转效应的增强. 物理学报, 2012, 61(16): 164210. doi: 10.7498/aps.61.164210
    [7] 左林, 杨爱英, 周大伟, 孙雨南. 非线性偏振旋转中偏振控制器方位角的研究. 物理学报, 2012, 61(5): 054211. doi: 10.7498/aps.61.054211
    [8] 严卫, 陆文, 施健康, 任建奇, 王蕊. 法拉第旋转对空间被动微波遥感的影响及消除. 物理学报, 2011, 60(9): 099401. doi: 10.7498/aps.60.099401
    [9] 佘彦超, 张蔚曦, 王登龙. 电磁感应透明介质中非线性法拉第偏转. 物理学报, 2011, 60(6): 064205. doi: 10.7498/aps.60.064205
    [10] 滕利华, 王霞. 载流子复合对时间分辨法拉第旋转光谱的影响. 物理学报, 2011, 60(5): 057202. doi: 10.7498/aps.60.057202
    [11] 汤奇, 孟繁义, 张狂, 吴群, 李乐伟. 法拉第手征介质反射电磁波的极化特性研究. 物理学报, 2011, 60(1): 014206. doi: 10.7498/aps.60.014206
    [12] 魏正军, 万伟, 王金东, 廖常俊, 刘颂豪. 基于法拉第-麦克尔逊干涉检测的低误码差分相位编码实验系统. 物理学报, 2011, 60(9): 094216. doi: 10.7498/aps.60.094216.2
    [13] 贺雪鹏, 刘院省, 刘世炳. 超快激光抽运-探测中探针光时间延迟量的 实时测量原理与光学设计. 物理学报, 2011, 60(2): 024212. doi: 10.7498/aps.60.024212
    [14] 黄翀, 陈海清, 廖兆曙, 赵爽. 高量级光衰减时对线偏振片组衰光系数的研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1756-1761. doi: 10.7498/aps.59.1756
    [15] 郜 鹏, 姚保利, 韩俊鹤, 陈利菊, 王英利, 雷 铭. 菌紫质同线偏振全息记录时再现光偏振方向对衍射效率的调制. 物理学报, 2008, 57(5): 2952-2958. doi: 10.7498/aps.57.2952
    [16] 唐志列, 李 铭, 魏正军, 卢 非, 廖常俊, 刘颂豪. 相位-偏振编码的量子保密通信系统的研究. 物理学报, 2005, 54(6): 2534-2539. doi: 10.7498/aps.54.2534
    [17] 刘公强, 朱莲根, 卫邦达, 张宁杲. 动态法拉第效应及其损耗机制. 物理学报, 1997, 46(3): 604-611. doi: 10.7498/aps.46.604
    [18] 于美文, 张存林. 光致各向异性记录介质偏振全息图的透射矩阵. 物理学报, 1992, 41(5): 759-765. doi: 10.7498/aps.41.759
    [19] 刘公强, 黄燕萍. 顺磁性物质中法拉第磁光效应及其温度特性的量子理论. 物理学报, 1988, 37(10): 1626-1632. doi: 10.7498/aps.37.1626
    [20] 王焕元, 贾惟义, 沈建祥. Bi4Ge3O12晶体的磁光法拉第旋转. 物理学报, 1985, 34(1): 126-128. doi: 10.7498/aps.34.126
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-21
  • 修回日期:  2011-12-05
  • 刊出日期:  2012-08-05

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