基于3×3耦合器的双马赫-曾德尔干涉仪数字化相位解调.docx

第22卷第6期2014年6月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.22No.6Jun.2014

文章编号1004-924X(2014)06-1410-08

基于3×3耦合器的双马赫-曾德尔干涉仪数字化相位解调

曾周末，刘芳，封皓*,冯欣

(天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，天津300072)

摘要：由于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)光纤干涉传感系统的定位精度在实际应用中受到初始相位偏移的影响，本文针对系统的光路结构，提出了一种基于3×3耦合器的被动数字化解调方法。利用3×3耦合器的2路输出信号构成椭圆曲线，在约束条件下对信号系数进行最小二乘拟合，然后采用微分交叉相乘法解调出相位信号。与传统的解调方法相比，提出的方法降低了对耦合器高对称性的要求，不需限制其它参数；约束条件下椭圆拟合的鲁棒性好，尤其是对于椭圆度较差的数据点具有很强的适应能力，适用于微弱振动信号的解调。仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效，运算量小，利用现场数据解调出的相位信号相关性达到0.9920;互相关计算显示其在总长43km的管道上的定位误差为81.2m,有效提高了系统性能。

关键词：马赫-曾德尔干涉仪；信号解调；3×3耦合器；椭圆拟合；最小二乘法中图分类号：TH744.3文献标识码：Adoi:10.3788/OPE1410

Digitalizeddemodulationbasedon3×3couplerfordualMach-Zehnderfiberinterferometer

ZENGZhou-mo,LIUFang,FENGHao*,FENGXin

(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstrument,

TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

*Correspondingauthor,E-mail:fhlele@

Abstract:AsthelocatingaccuracyofaMach-Zehnderfibersensingsystemiseffectedbytheinitialphaseshiftinpracticaluse,apassivedigitalizeddemodulationmethodbasedon3×3fibercouplerswasproposedaccordingtotheopticalpathstructure.First,twooutputsofthe3×3couplerswereusedtoformanellipsecurve,andthenthesignalcoefficientswereestimatedbyLeastSquareMethodunderconstraints.Finally,therequiredphasesignalwasdemodulatedbydifferentialandcross-multi-plication.Comparedwithtraditionaldemodulationmethods,itlowerstherequirementsforthesym-metryofcouplers,andimposesnoextralimitsonotherparameters.Theellipsefittingisrobustunderconstraints,especiallyadaptabletothosedatalessidealinellipseshapes.Simulationandfieldexperi-mentprovethatthemethodwithasmallcomputationisfeasibleandpractical.Thedemodulatedphasesignalcorrelationis