CN112146853A - 基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，该窄线宽激光器频率漂移检测装置主要由1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪及相位漂移检测电路组成。2个光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪和/或马赫‑曾德尔光纤干涉仪。2个光纤干涉仪的测量光纤具有不同的温度延时系数。双干涉仪通过获得两个相位漂移检测值从而解调出测量光纤内激光器频率漂移产生的相位漂移和温度变化产生的相位漂移。本发明不仅能够在普通工作环境下，实现高精度的激光器频率漂移检测，从而能够将商用窄线宽激光器频率稳定性提高一至两个数量级或者为光纤干涉仪校正激光器频率漂移造成的系统误差提供参考依据，而且能够满足封装体积紧凑和低成本的需求。

Description

基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置。

背景技术

窄线宽激光器具有良好的相干性能，广泛应用于激光雷达、光学仪器以及各种光纤传感技术领域。现有的窄线宽激光器，如窄线宽光纤激光器和窄线宽半导体激光器等，其一般采用紧凑的F-P干涉仪进行稳频，由于F-P腔的腔长过短且存在热力学噪声、环境振动噪声等因素的影响，窄线宽激光器在普通环境下的激光频率稳定性仅能控制在10MHz量级。而气体分子饱和吸收、超稳腔等技术手段不利于紧凑结构设计，建造使用成本高，难以推广应用。然而，在一些精密测量领域，窄线宽激光器的频率漂移成为主要的系统检测误差来源，为此需要对窄线宽激光器的频率漂移进行检测，以利用该频率漂移检测结果来对窄线宽激光器进行补偿，或者利用该频率漂移检测结果来校正系统检测误差。

发明内容

本发明所要解决的是现有窄线宽激光器频率漂移稳定性不足的问题，提供一种基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，该窄线宽激光器频率漂移检测装置主要由1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪及相位漂移检测电路组成；2个光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪和/或马赫-曾德尔光纤干涉仪；其中：每个迈克尔逊光纤干涉仪均由A型光纤耦合器、测量光纤和2个法拉第磁旋转反射镜组成；A型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端，另一个端口形成光纤干涉仪的输出端；A型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口，其中一个端口经由测量光纤与一个法拉第磁旋转反射镜连接，另一个端口直接与另一个法拉第磁旋转反射镜连接；每个马赫-曾德尔光纤干涉仪均由B型光纤耦合器、测量光纤和C型光纤耦合器组成；B型光纤耦合器的左侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端；C型光纤耦合器的右侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输出端；B型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口；C型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口；B型光纤耦合器的右侧的一个端口经由测量光纤与C型光纤耦合器的左侧的一个端口连接；B型光纤耦合器的右侧的另一个端口直接与C型光纤耦合器的左侧的另一个端口连接；2个光纤干涉仪的测量光纤具有不同的温度延时系数；1×2光纤分路器的输入端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输入端，并输入窄线宽激光器的监测激光；1×2光纤分路器的2个输出端各与一个光纤干涉仪的输入端连接，2个光纤干涉仪的输出端与相位漂移检测电路的输入端连接；相位漂移检测电路的输出端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输出端，并输出激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器激光频率漂移量。

当2个光纤干涉仪均为迈克尔逊光纤干涉仪时：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₁内激光频率漂移产生的相位漂移量N₁为：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₂内激光频率漂移产生的相位漂移量N₂为：

相位漂移检测电路输出的激光器频率漂移量Δf为：

式中，A表示第一个迈克尔逊光纤干涉仪与第二个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的温度延时系数的比值，且A≠1；L₁表示第一个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的长度，L₂表示第二个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的长度；N_L1表示第一个迈克尔逊光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值，N_L2分别表示第二个迈克尔逊光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值；c为真空光速；n为光纤折射率。

当2个光纤干涉仪均为马赫-曾德尔光纤干涉仪时：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₁内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₁为：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₂内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₂为：

相位漂移检测电路输出的激光器频率漂移量Δf为：

式中，A表示第一个马赫-曾德尔光纤干涉仪与第二个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的温度延时系数的比值，且A≠1；L₁表示第一个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的长度，L₂表示第二个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的长度；N_L1表示第一个马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值，N_L2分别表示第二个马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值；c为真空光速；n为光纤折射率。

当2个光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪和马赫-曾德尔光纤干涉仪时：

相位漂移检测电路输出的马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤L₁内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₁为：

相位漂移检测电路输出的迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤L₂内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₂为：

相位漂移检测电路输出的激光器频率漂移量Δf为：

式中，A表示马赫-曾德尔光纤干涉仪与迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的温度延时系数的比值，且A≠1；L₁表示马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的长度，L₂表示迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的长度；N_L1表示马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值，N_L2分别表示迈克尔逊光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值；c为真空光速；n为光纤折射率。

上述方案中，A型光纤耦合器为2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。

上述方案中，马赫-曾德尔光纤干涉仪的B型光纤耦合器为1×2光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器；C型光纤耦合器为2×1光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。

与现有技术相比，本发明基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，不仅能够在普通工作环境下，实现高精度的激光器频率漂移检测，从而能够将商用窄线宽激光器频率稳定性提高一至两个数量级或者为光纤干涉仪校正激光器频率漂移造成的系统误差提供参考依据，而且能够满足封装体积紧凑和低成本的需求。

附图说明

图1为一种基于双光纤干涉仪(双迈克尔逊光纤干涉仪)的窄线宽激光器频率漂移检测装置的原理图。

图2为图1中迈克尔逊光纤干涉仪的臂长示意图。

图3为另一种基于双光纤干涉仪(双马赫-曾德尔光纤干涉仪)的窄线宽激光器频率漂移检测装置的原理图。

图4为图3中马赫-曾德尔光纤干涉仪的臂长示意图。

图5为又一种基于双光纤干涉仪(迈克尔逊光纤干涉仪和马赫-曾德尔光纤干涉仪)的窄线宽激光器频率漂移检测装置的原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。

基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，由1个1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪和相位漂移检测电路组成，其中两个光纤干涉仪的测量臂上分别使用两种温度延时系数(单位为ps/km/k，k为开氏度，1k＝1℃)不同的光纤。窄线宽激光器发射一束监控激光信号接入1×2光纤分路器，由1×2光纤分路器输出的两路窄线宽激光信号进入2个光纤干涉仪，由2个光纤干涉仪分别进行光纤相位漂移检测，并根据两个光纤干涉仪的相位漂移检测结果求出窄线宽激光器频率漂移产生的光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量，该激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量一方面可以用于激光器频率漂移反馈补偿控制，另一方面可以用于光纤传感器修正激光器频率漂移产生的系统误差。

实施例1：

参见图1，一种基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，主要由1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪和相位漂移检测电路组成。1×2光纤分路器的输入端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输入端，并输入窄线宽激光器的监测激光。1×2光纤分路器的2个输出端各与一个光纤干涉仪的输入端连接，2个光纤干涉仪的输出端与相位漂移检测电路的输入端连接。相位漂移检测电路的输出端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输出端，并由相位漂移检测电路输出激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量。在本实施例中，1×2光纤分路器的2个分路端输出的光功率相等。

上述2个光纤干涉仪均为迈克尔逊光纤干涉仪。每个迈克尔逊光纤干涉仪均由A型光纤耦合器、测量光纤和2个法拉第磁旋转反射镜组成。A型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端，另一个端口形成光纤干涉仪的输出端。A型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口，其中一个端口经由测量光纤与一个法拉第磁旋转反射镜连接，形成光纤干涉仪的测量臂，另一个端口直接与另一个法拉第磁旋转反射镜连接，形成光纤干涉仪的参考臂。这2个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤具有不同的温度延时系数。在本实施例中，一个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤为普通单模光纤，另一个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤为与普通单模光纤温度漂移系数不同的光纤。

迈克尔逊光纤干涉仪的A型光纤耦合器可以是2×2光纤耦合器，也可以是3×3光纤耦合器。当A型光纤耦合器是2×2光纤耦合器时，每个迈克尔逊光纤干涉仪的1个输出端接入相位漂移检测电路的1个光电探测器。当A型光纤耦合器是3×3光纤耦合器时，每个迈克尔逊光纤干涉仪的2个输出端接入相位漂移检测电路的2个光电探测器。

对于每个迈克尔逊光纤干涉仪，其测量臂与参考臂的臂长差等于测量光纤的长度。第一迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤长度为L₁，第二迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤长度为L₂。如图2。

假设L₁和L₂都为恒定值，即不产生光纤延时变化，窄线宽激光器从频率f₁变化到频率f₂产生的相干周期数量为：

其中，λ₁是激光频率f₁的对应激光波长，λ₂是激光频率f₂的对应激光波长，N₁和N₂为包含小数部分的有理数，n为光纤折射率，c为真空光速，有c＝λ₁f₁＝λ₂f₂。

假设激光器工作频率为恒定值，即不产生频率漂移，测量光纤长度受温度影响产生相位漂移，测量光纤长度L₁变化到L′₁，测量光纤长度L₂变化到L′₂产生的相干周期数量为：

其中，N₃和N₄为包含小数部分的有理数。

不考虑振动对光纤延时的影响的情况，光纤干涉仪检测到的相位漂移结果包含了两种相位漂移：光纤延时变化产生的相位漂移，激光频率漂移产生的相位漂移。即：

其中，N_L1和N_L2为包含小数部分的有理数。

某一特定光纤的温度延时系数是可以精确测量的已知量，假设测量光纤L₂与测量光纤L₁的温度延时系数比值为A，两种光纤在同样环境下有同样的温度变化，则有：

由(1)、(2)式可得：

由(3)、(4)、(7)式可得：

由(5)、(6)、(8)、(9)式可得

测量光纤L₁内激光频率漂移产生的相位漂移量为：

或测量光纤L₂内激光频率漂移产生的相位漂移量为：

其中，测量光纤长度L₁和L₂为已知量，A为两种光纤温度延时系数的比值，且A≠1，也是已知量，N_L1和N_L2为光纤干涉仪检测值，因此可以通过双干涉仪使用不同温度延时系数的测量光纤求出激光频率漂移产生的相位漂移量。

相位漂移检测电路利用解调出的相位漂移量N₁或N₂，可计算出激光频率漂移量Δf为：

当相位漂移检测电路所检测出的激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量用于光纤传感器修正激光器频率漂移产生的系统误差时，相位漂移检测电路的输出端与光纤传感器信号处理模块相连。当相位漂移检测电路所检测出的激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量用于激光器频率漂移反馈补偿控制时，相位漂移检测电路信号输出端接入激光器频率漂移反馈补偿装置，窄线宽激光器根据相位漂移检测电路检测到的结果，反馈控制频率漂移调节器件，使窄线宽激光器频率漂移处于最低水平。

实施例2：

参见图3，一种基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，主要由1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪和相位漂移检测电路组成。1×2光纤分路器的输入端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输入端，并输入窄线宽激光器的监测激光。1×2光纤分路器的2个输出端各与一个光纤干涉仪的输入端连接，2个光纤干涉仪的输出端与相位漂移检测电路的输入端连接。相位漂移检测电路的输出端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输出端，并由相位漂移检测电路输出激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量。在本实施例中，1×2光纤分路器的2个分路端输出的光功率相等。

上述2个光纤干涉仪均为马赫-曾德尔光纤干涉仪。每个马赫-曾德尔光纤干涉仪均由B型光纤耦合器、测量光纤和C型光纤耦合器组成。B型光纤耦合器的左侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端。C型光纤耦合器的右侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输出端。B型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口。C型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口。B型光纤耦合器的右侧的一个端口经由测量光纤与C型光纤耦合器的左侧的一个端口连接，形成马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量臂。B型光纤耦合器的右侧的另一个端口直接与C型光纤耦合器的左侧的另一个端口连接，形成马赫-曾德尔光纤干涉仪的参考臂。这2个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤具有不同的温度延时系数。在本实施例中，一个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤为普通单模光纤，另一个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤为与普通单模光纤温度漂移系数不同的光纤。

马赫-曾德尔光纤干涉仪的B型光纤耦合器为1×2光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。马赫-曾德尔光纤干涉仪的C型光纤耦合器为2×1光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。当马赫-曾德尔光纤干涉仪的C型光纤耦合器是2×2或2×1光纤耦合器时，每个马赫-曾德尔光纤干涉仪的1个输出端接入相位漂移检测电路的1个光电探测器。当光纤干涉仪输出端光纤耦合器的C型光纤耦合器是3×3光纤耦合器时，每个迈克尔逊光纤干涉仪的2个输出端接入相位漂移检测电路的2个光电探测器。

对于每个马赫-曾德尔光纤干涉仪，测量臂与参考臂的臂长差等于测量光纤的长度。第一马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤长度为L₁，第二马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤长度为L₂。如图4。

假设L₁和L₂都为恒定值，即不产生光纤延时变化，窄线宽激光器从频率f₁变化到频率f₂产生的相干周期数量为：

其中，λ₁是激光频率f₁的对应激光波长，λ₂是激光频率f₂的对应激光波长，N₁和N₂为包含小数部分的有理数，n为光纤折射率，c为真空光速，有c＝λ₁f₁＝λ₂f₂。

假设激光器工作频率为恒定值，即不产生频率漂移，测量光纤长度受温度影响产生相位漂移，测量光纤长度L₁变化到L′₁，测量光纤长度L₂变化到L′₂产生的相干周期数量为：

其中，N₃和N₄为包含小数部分的有理数。

不考虑振动对光纤延时的影响的情况，光纤干涉仪检测到的相位漂移结果包含了两种相位漂移：光纤延时变化产生的相位漂移，激光频率漂移产生的相位漂移。即：

其中，N_L1和N_L2为包含小数部分的有理数。

某一特定光纤的温度延时系数是可以精确测量的已知量，假设测量光纤L₂与测量光纤L₁的温度延时系数比值为A，两种光纤在同样环境下有同样的温度变化，则有：

由(13)、(14)式可得：

由(15)、(16)、(19)式可得：

由(17)、(18)、(20)、(21)式可得

测量光纤L₁内激光频率漂移产生的相位漂移量为：

或测量光纤L₂内激光频率漂移产生的相位漂移量为：

其中，测量光纤长度L₁和L₂为已知量，A为两种光纤温度延时系数的比值，且A≠1，也是已知量，N_L1和N_L2为光纤干涉仪检测值，因此可以通过双干涉仪使用不同温度延时系数的测量光纤求出激光频率漂移产生的相位漂移量。

当2个光纤干涉仪均为马赫-曾德尔光纤干涉仪时，相位漂移检测电路利用解调出的相位漂移量N₁或N₂，可计算出激光频率漂移量Δf为：

当相位漂移检测电路所检测出的激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量用于光纤传感器修正激光器频率漂移产生的系统误差时，相位漂移检测电路的输出端与光纤传感器信号处理模块相连。当相位漂移检测电路所检测出的激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量用于激光器频率漂移反馈补偿控制时，相位漂移检测电路信号输出端接入激光器频率漂移反馈补偿装置，窄线宽激光器根据相位漂移检测电路检测到的结果，反馈控制频率漂移调节器件，使窄线宽激光器频率漂移处于最低水平。

实施例3：

参见图5，又一种基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，主要由1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪和相位漂移检测电路组成。1×2光纤分路器的输入端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输入端，并输入窄线宽激光器的监测激光。1×2光纤分路器的2个输出端各与一个光纤干涉仪的输入端连接，2个光纤干涉仪的输出端与相位漂移检测电路的输入端连接。相位漂移检测电路的输出端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输出端，并由相位漂移检测电路输出激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量。在本实施例中，1×2光纤分路器的2个分路端输出的光功率相等。

上述2个光纤干涉仪，一个为迈克尔逊光纤干涉仪，一个为马赫-曾德尔光纤干涉仪。

迈克尔逊光纤干涉仪由A型光纤耦合器、测量光纤和2个法拉第磁旋转反射镜组成。A型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端，另一个端口形成光纤干涉仪的输出端。A型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口，其中一个端口经由测量光纤与一个法拉第磁旋转反射镜连接，形成光纤干涉仪的测量臂，另一个端口直接与另一个法拉第磁旋转反射镜连接，形成光纤干涉仪的参考臂。

迈克尔逊光纤干涉仪的A型光纤耦合器可以是2×2光纤耦合器，也可以是3×3光纤耦合器。当迈克尔逊光纤干涉仪的A型光纤耦合器是2×2光纤耦合器时，每个迈克尔逊光纤干涉仪的1个输出端接入相位漂移检测电路的1个光电探测器。当迈克尔逊光纤干涉仪的A型光纤耦合器是3×3光纤耦合器时，每个迈克尔逊光纤干涉仪的2个输出端接入相位漂移检测电路的2个光电探测器。

马赫-曾德尔光纤干涉仪由B型光纤耦合器、测量光纤和C型光纤耦合器组成。B型光纤耦合器的左侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端。C型光纤耦合器的右侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输出端。B型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口。C型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口。B型光纤耦合器的右侧的一个端口经由测量光纤与C型光纤耦合器的左侧的一个端口连接，形成马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量臂。B型光纤耦合器的右侧的另一个端口直接与C型光纤耦合器的左侧的另一个端口连接，形成马赫-曾德尔光纤干涉仪的参考臂。

马赫-曾德尔光纤干涉仪的B型光纤耦合器为1×2光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。马赫-曾德尔光纤干涉仪的C型光纤耦合器为2×1光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。当马赫-曾德尔光纤干涉仪的C型光纤耦合器是2×2或2×1光纤耦合器时，每个马赫-曾德尔光纤干涉仪的1个输出端接入相位漂移检测电路的1个光电探测器。当光纤干涉仪输出端光纤耦合器的C型光纤耦合器是3×3光纤耦合器时，每个迈克尔逊光纤干涉仪的2个输出端接入相位漂移检测电路的2个光电探测器。

迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤和马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤具有不同的温度延时系数。在本实施例中，一个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤为普通单模光纤，另一个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤为与普通单模光纤温度漂移系数不同的光纤。

对于马赫-曾德尔光纤干涉仪和迈克尔逊光纤干涉仪，其测量臂与参考臂的臂长差均等于其测量光纤的长度。马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤长度为L₁，迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤长度为L₂。

假设L₁和L₂都为恒定值，即不产生光纤延时变化，窄线宽激光器从频率f₁变化到频率f₂产生的相干周期数量为：

其中，λ₁是激光频率f₁的对应激光波长，λ₂是激光频率f₂的对应激光波长，N₁和N₂为包含小数部分的有理数，n为光纤折射率，c为真空光速，有c＝λ₁f₁＝λ₂f₂。

假设激光器工作频率为恒定值，即不产生频率漂移，测量光纤长度受温度影响产生相位漂移，测量光纤长度L₁变化到L′₁，测量光纤长度L₂变化到L′₂产生的相干周期数量为：

其中，N₃和N₄为包含小数部分的有理数。

不考虑振动对光纤延时的影响的情况，光纤干涉仪检测到的相位漂移结果包含了两种相位漂移：光纤延时变化产生的相位漂移，激光频率漂移产生的相位漂移。即：

某一特定光纤的温度延时系数是可以精确测量的已知量，假设测量光纤L₂与测量光纤L₁的温度延时系数比值为A，两种光纤在同样环境下有同样的温度变化，则有：

由(25)、(26)式可得：

由(27)、(28)、(31)式可得：

由(29)、(30)、(32)、(33)式可得

测量光纤L₁内激光频率漂移产生的相位漂移量为

或测量光纤L₂内激光频率漂移产生的相位漂移量为

其中，测量光纤长度L₁和L₂为已知量，A为两种光纤温度延时系数的比值，且A≠1，也是已知量，N_L1和N_L2为光纤干涉仪检测值，因此可以通过双干涉仪使用不同温度延时系数的测量光纤求出激光频率漂移量。

相位漂移检测电路利用解调出的相位漂移量N₁或N₂，可计算出激光频率漂移量Δf为：

当相位漂移检测电路所检测出的激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量用于光纤传感器修正激光器频率漂移产生的系统误差时，相位漂移检测电路的输出端与光纤传感器信号处理模块相连。当相位漂移检测电路所检测出的激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器频率漂移量用于激光器频率漂移反馈补偿控制时，相位漂移检测电路信号输出端接入激光器频率漂移反馈补偿装置，窄线宽激光器根据相位漂移检测电路检测到的结果，反馈控制频率漂移调节器件，使窄线宽激光器频率漂移处于最低水平。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (6)

1.基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，其特征是，该窄线宽激光器频率漂移检测装置主要由1×2光纤分路器、2个光纤干涉仪及相位漂移检测电路组成；

2个光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪和/或马赫-曾德尔光纤干涉仪；其中：

每个迈克尔逊光纤干涉仪均由A型光纤耦合器、测量光纤和2个法拉第磁旋转反射镜组成；A型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端，另一个端口形成光纤干涉仪的输出端；A型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口，其中一个端口经由测量光纤与一个法拉第磁旋转反射镜连接，另一个端口直接与另一个法拉第磁旋转反射镜连接；

每个马赫-曾德尔光纤干涉仪均由B型光纤耦合器、测量光纤和C型光纤耦合器组成；B型光纤耦合器的左侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输入端；C型光纤耦合器的右侧包括至少1个端口，其中一个端口形成光纤干涉仪的输出端；B型光纤耦合器的右侧包括至少2个端口；C型光纤耦合器的左侧包括至少2个端口；B型光纤耦合器的右侧的一个端口经由测量光纤与C型光纤耦合器的左侧的一个端口连接；B型光纤耦合器的右侧的另一个端口直接与C型光纤耦合器的左侧的另一个端口连接；

2个光纤干涉仪的测量光纤具有不同的温度延时系数；

1×2光纤分路器的输入端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输入端，并输入窄线宽激光器的监测激光；1×2光纤分路器的2个输出端各与一个光纤干涉仪的输入端连接，2个光纤干涉仪的输出端与相位漂移检测电路的输入端连接；相位漂移检测电路的输出端形成该窄线宽激光器频率漂移检测装置的输出端，并输出激光器频率漂移产生的测量光纤相位漂移量和/或激光器激光频率漂移量。

2.根据权利要求1所述基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，其特征是，当2个光纤干涉仪均为迈克尔逊光纤干涉仪时：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₁内激光频率漂移产生的相位漂移量N₁为：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₂内激光频率漂移产生的相位漂移量N₂为：

相位漂移检测电路输出的激光器频率漂移量Δf为：

式中，A表示第一个迈克尔逊光纤干涉仪与第二个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的温度延时系数的比值，且A≠1；L₁表示第一个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的长度，L₂表示第二个迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的长度；N_L1表示第一个迈克尔逊光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值，N_L2分别表示第二个迈克尔逊光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值；c为真空光速；n为光纤折射率。

3.根据权利要求1所述基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，其特征是，当2个光纤干涉仪均为马赫-曾德尔光纤干涉仪时：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₁内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₁为：

相位漂移检测电路输出的测量光纤L₂内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₂为：

相位漂移检测电路输出的激光器频率漂移量Δf为：

式中，A表示第一个马赫-曾德尔光纤干涉仪与第二个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的温度延时系数的比值，且A≠1；L₁表示第一个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的长度，L₂表示第二个马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的长度；N_L1表示第一个马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值，N_L2分别表示第二个马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值；c为真空光速；n为光纤折射率。

4.根据权利要求1所述基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，其特征是，当2个光纤干涉仪为迈克尔逊光纤干涉仪和马赫-曾德尔光纤干涉仪时：

相位漂移检测电路输出的马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤L₁内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₁为：

相位漂移检测电路输出的迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤L₂内激光器频率漂移产生的相位漂移量N₂为：

相位漂移检测电路输出的激光器频率漂移量Δf为：

式中，A表示马赫-曾德尔光纤干涉仪与迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的温度延时系数的比值，且A≠1；L₁表示马赫-曾德尔光纤干涉仪的测量光纤的长度，L₂表示迈克尔逊光纤干涉仪的测量光纤的长度；N_L1表示马赫-曾德尔光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值，N_L2分别表示迈克尔逊光纤干涉仪的光纤相位漂移检测值；c为真空光速；n为光纤折射率。

5.根据权利要求1所述基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，其特征是，A型光纤耦合器为2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。

6.根据权利要求1所述基于双光纤干涉仪的窄线宽激光器频率漂移检测装置，其特征是，马赫-曾德尔光纤干涉仪的B型光纤耦合器为1×2光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器；C型光纤耦合器为2×1光纤耦合器、2×2光纤耦合器或3×3光纤耦合器。

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