摘要

光纖干涉型傳感器是光纖傳感器中的一個重要分支，而白光干涉測量技術(shù)是一種被廣泛應(yīng)用的光學(xué)干涉測量技術(shù)。白光干涉測量技術(shù)應(yīng)用于光纖干涉型傳感器，能夠測量光纖干涉儀的絕對光程差，且動態(tài)測量范圍大，測量分辨率高。本論文分別闡述了掃描白光干涉測量技術(shù)和光譜域光纖白光干涉測量技術(shù)的原理與研究現(xiàn)狀，分析和總結(jié)了不同的光纖白光干涉測量的結(jié)構(gòu)和特點。

關(guān)鍵詞：光纖傳感器；光纖干涉儀；白光干涉測量術(shù)； 

1、緒論

光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70 年代末新興的一項技術(shù)，近年來，光纖傳感技術(shù)在當(dāng)代科技領(lǐng)域及實際應(yīng)用中占有十分重要的地位。光纖具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、防腐蝕、電絕緣性好、靈敏度高等優(yōu)點，可以構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。光纖傳感器的主要工作原理[1]是將來自光源的光信號經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，待測物理量與光發(fā)生相互作用后，導(dǎo)致光的部分光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化（例如光的波長、強(qiáng)度、頻率、偏振態(tài)、相位等），稱為被調(diào)制的光信號，信號光再經(jīng)過光纖送入光探測器通過解調(diào)后獲得被測參數(shù)。

光纖傳感器通常可以分為強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器，光纖光柵傳感器（波長調(diào)制型），以及干涉型光纖傳感器（相位調(diào)制型）。干涉型光纖傳感器的主要結(jié)構(gòu)為光纖干涉儀，包括法布里-珀洛（Fabry-Perot）干涉儀，馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）干涉儀，邁克耳遜（Michelson）干涉儀和薩格奈克（Sagnac）干涉儀。外界被測物理量的變化改變光纖干涉儀的光程差，導(dǎo)致干涉信號的相位的變化，從而實現(xiàn)了相位調(diào)制。通過干涉測量技術(shù)將干涉型光纖傳感器輸出的干涉信號的相位解調(diào)出來，從而可以得到被測物理量的絕對值或者變化量。光纖白光干涉原理與技術(shù)的發(fā)展既取決于基礎(chǔ)理論上的深刻認(rèn)識, 又受益于技術(shù)上重大進(jìn)步的啟迪, 在社會發(fā)展需求的牽引下, 歷經(jīng)了幾十年的研究與積淀, 在傳感技術(shù)、計量與測量學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)與臨床應(yīng)用等領(lǐng)域取得了較大的進(jìn)步, 獲得了廣泛的應(yīng)用。在該技術(shù)發(fā)展過程中, 以下是具有里程碑意義的事件。

1955 年, E .Wolf 和Blanc-Lapierre 分別獨立建立了部分相干光理論, 引進(jìn)了關(guān)聯(lián)函數(shù)[2] ;對關(guān)聯(lián)函數(shù)的深入認(rèn)識與系統(tǒng)研究, 奠定了白光干涉的理論基礎(chǔ)1983 年, Brian Culshaw 課題組[3] 首次報道了基于白光干涉原理在光纖傳感中的應(yīng)用;開啟了光纖白光干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)的研究方向。1991 年，Huang等[4]首次展示了基于白光干涉的二維層析成像方法;成為光學(xué)相干層析成像術(shù)(OCT)技術(shù)的研究開端。2003 年,E .Wo lf[5] 對部分偏振光的相干特性進(jìn)行分析時, 指出了干涉的基本作用。2005 年, P .Refregier 等[6] 提出了一種測量相干特性具有的一般不變性的新方法, 稱為內(nèi)稟相干不變性理論;深化并拓展白光干涉理論的內(nèi)涵, 被用于解決信號處理過程中偏振衰退的問題, 進(jìn)一步導(dǎo)致了光纖白光干涉偏振傳感解調(diào)新技術(shù)的發(fā)展。

2、光纖白光干涉測量技術(shù)

白光干涉測量技術(shù)也稱為低相干測量方法，是一種被廣泛應(yīng)用的光學(xué)干涉測量技術(shù)。根據(jù)光纖白光干涉系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，光纖白光干涉測量技術(shù)可以分為兩類，一類是基于掃描干涉儀的掃描光纖白光干涉測量技術(shù)，另一類是光譜域光纖白光干涉測量技術(shù)。掃描光纖白光干涉測量技術(shù)需要一套接收干涉儀在白光干涉系統(tǒng)的接收端掃描傳感光纖干涉儀的光程[7-8]。當(dāng)傳感光纖干涉儀和接收干涉儀的光程差相等時干涉條紋出現(xiàn)最大值。光譜域光纖白光干涉測量技術(shù)是通過測量干涉光譜來測量光纖干涉儀的光程差。它的測量原理是用寬帶光源輸出一束寬帶光注入干涉儀，用光譜儀在干涉儀的輸出端檢測干涉儀的光譜輸出，通過分析干涉儀輸出的白光光譜，就可以測量出干涉儀的光程差[9-10]。

2.1  掃描光纖白光干涉測量技術(shù)

掃描光纖白光干涉測量系統(tǒng)通常由傳感干涉儀（Sensing Interferometer, SI）和本地接收干涉儀（Local Receiving Interferometer, LRI）組成，如圖1所示。

圖1.掃描白光干涉測量儀的原理與結(jié)構(gòu)