华北电力大学 控制与计算机工程学院, 北京 102206
针对马赫曾德光纤干涉结构的信号解调, 理论分析了偏振衰落对3×3耦合器解调的影响, 发现椭圆拟合估计法解调的关键是准确获取信号李萨如图形的椭圆表达式, 从而提出了基于形态学滤波的偏振处理方法, 即利用腐蚀和膨胀滤除椭圆图形中的噪声点, 然后用边缘检测方法提取椭圆外轮廓, 再用最小二乘数值估计方法求解椭圆参数, 最后利用微分交叉相乘方法完成扰动信号的相位还原.仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效, 与传统偏振处理方法相比, 节省了硬件开支, 有效提高了信号解调的稳定性和精确度.
光纤研究 信号处理 3×3耦合器 偏振衰落 马赫-增德尔干涉仪 Optical fiber research Signal processing 3×3 coupler Polarization fading Mach-Zehnder interferometers
1 哈尔滨理工大学 工程电解质及其应用教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨理工大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度, 设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合: 将总长度为1.2 m的单模光纤部分制备成长度为2.7 cm、锥腰直径为30.1 μm的锥形微纳光纤, 并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头, 实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器; 将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系, 实验测得室温下磁场强度在25~50 mT时, 磁场传感的灵敏度为0.301 14 nm/mT; 在磁场强度为0, 温度由25 ℃升高到30 ℃时, 温度传感的灵敏度为0.518 86 nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。
光纤传感器 马赫-曾德尔干涉仪 磁场传感 温度传感 灵敏度分析 fiber optic sensors Mach-Zehnder interferometers magnetic field measurement temperature measurement sensitivity analysis
基于马赫曾德干涉原理，设计搭建了可调制与放大干涉条纹的光压测量装置.由频率和功率可调制脉冲激光产生光压，使真空中两面高反镀铝薄膜产生微小形变（位移），从而使由氦氖激光器发射、经半反半透镜分束的参考光和信号光的光程差改变，即干涉条纹发生改变.用CCD记录干涉条纹位移量，数据处理获得干涉条纹位移量和薄膜形变量的关系，计算出脉冲激光在薄膜处的光压.分别讨论了脉冲激光入射角度、频率等参量对检测结果的影响，并通过双角度入射方法消除了热辐射效应的影响.该检测装置可测得最小光功率为15.0mW所产生的光压大小为13.42 μPa，线性工作范围为15.0 mW（13.42 μPa）至200 mW(1179 μPa)，且工作稳定、灵敏度高，测量结果准确.
应用光学 光学技术与仪器 马赫曾德干涉仪 光压测量 压力传感器 激光干涉测量 薄膜 脉冲调制 Applied optics Optical technique and instrument Mach-Zehnder interferometers Light pressure detection Pressure sensors Laser interferometry Thin films Pulse modulation
1 天津理工大学 电子信息工程学院,天津 300384
2 南开大学 现代光学研究所 教育部光电信息技术科学重点实验室,天津 300071
提出了一种测算探测系统所需能量最低值的方法.利用该方法分别针对子脉冲能量不均匀和子脉冲能量均匀的脉冲数字全息光路系统进行讨论, 计算得到其探测系统对入射光强的能量利用率分别为41.3%和28.8%.用马赫-曾德干涉仪测出用以记录干涉条纹的电荷耦合器件能够有效记录全息图的能量临界值为56.7 mW.根据能量临界值和入射光能量利用率反推出两种探测系统所需的最低能量分别为0.86 W和1.575 W.
全息 超短脉冲 马赫-增德尔干涉仪 能量利用 全息图 Ultrashort pulses Mach-Zehnder interferometers Energy utilization Holograms 光子学报
2015, 44(12): 1214001
中国人民解放军理工大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
针对相位编码量子密钥分发(QKD)系统中存在的相位漂移和截获-重发攻击，分析了双马赫-曾德尔干涉仪QKD 系统，给出了探测器的输入信号模型, 计算了系统量子误码率及窃听信息量，并为提高密钥生成率提供了一种可能的方法。研究表明，相位漂移会使系统误码率增加，稳定性降低；相比理想的截获-重发攻击，窃听信息量有所下降，因此密性放大过程对窃听信息的估计值可以相对减小，最终密钥生成率得以提高。在不考虑传输光纤中的相位相对漂移时，误码率随相位漂移角度呈余弦变化，全部截获-重发攻击时的变化周期是无窃听时的一半，变化频率更加剧烈。55%部分窃听时，若合法通信者选择误码阈值为15%，窃听者可获得25.5%的信息量且不被发现。
量子光学 量子密钥分发 双马赫-曾德尔干涉仪 相位漂移 量子误码率 窃听信息量 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 042703
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于激光干涉原理，建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上，通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响，明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明：当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时，可以给出较强扰动的定位信息；当多点同时扰动的空间距离小于等于100 m时，可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响，并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明：在5 km和10 km的位置同时施加扰动，当两个扰动的幅值比大于等于20时，距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200 m；在5 km和5.05 km位置同时施加幅值比为1的扰动，距离5 km位置的最大定位误差为200 m，验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.
传感器技术 多点扰动 相关方法 光纤传感器 马赫-泽德干涉仪 定位 入侵检测 Sensors Multiple disturbances Correlation methods Optical fiber sensor Mach-Zehnder interferometers Location Intrusion detection
1 西南交通大学 信息科学与技术学院 光通信与光器件研究所，成都 610031
2 西南交通大学 峨眉校区，峨眉 614202
为了设计出自由频谱区(FSR)较大和3dB带宽较小的带通滤波器，拟合级联马赫－曾德尔干涉仪(MZI)与阶梯形滤波器原理的相似性，在MZI中引入啁啾臂长差以有效扩展FSR。采用传输矩阵法建立带通滤波器的理论模型，进而分析其滤波性能(3dB带宽、FSR)与结构参数(级联级数、衍射阶数)的对应关系。结果表明，当合理选取啁啾系数，该滤波器在保持3dB带宽不变的前提下有效扩展了FSR，并且在整个FSR内具有高边模抑制比。在设计实例中，对应低于4．5nm的3dB带宽和高于100nm的FSR(要求边模抑制比高于35dB)的滤波性能，器件的级联级数、衍射阶数、最佳啁啾系数分别对应16，45和5。
光学器件 带通滤波器 传输矩阵法 级联马赫－曾德尔干涉仪 啁啾臂长差 optical devices band-pass filter transfer matrix method cascaded Mach-Zehnder interferometers chirped path differences
为了研究喷气式Z箍缩(gas-puff Z-pinch)等离子体的内爆特性,研制了一套马赫-贞德干涉系统,并在小型喷气式Z箍缩装置(充电电压23kV,放电峰值电流210kA)上进行了试验,获得了清晰的干涉图像.根据干涉图上条纹的移动数目,计算得到该装置内爆早期等离子体的平均电子密度为1017～1018/cm3.
Z箍缩 Mach-Zehnder干涉仪 等离子体 Z-pinch Mach-Zehnder interferometers Plasma
