光纤相位调制检测

基本定义

光纤相位调制检测是一种把被测量转换为光波相位变化、再用干涉测量技术把相位变化转换为光强（振幅）变化从而还原被测量的方法。其敏感元件是单模光纤：被测能量场作用于敏感光纤，使其中传播光波的相位发生改变。

光波相位与光程

单模光纤中光波可写作
$E=E_0\sin (\omega t+\phi )$
其中 $E$ 为瞬时电场强度，$E_0$ 为振幅，$\omega$ 为角频率（单位 rad/s），$t$ 为时间（单位 s），$\phi$ 为相位（单位 rad）。
光在光纤中传播一段长度后积累的相位可写为
$\phi =\frac{2\pi nL}{\lambda }$
其中 $\lambda$ 为真空中光波长，$n$ 为光纤有效折射率，$L$ 为光纤长度，$nL$ 称为光程。因此，凡能改变 $n$ 或 $L$ 的被测量（如温度、压力、应变、声场等），都会改变光程，从而改变相位。

干涉读出原理

把敏感光纤作为测量臂，另设参考臂，两路光叠加后干涉强度随两臂相位差 $\mathrm{\Delta }\phi$ 变化。相位差变化被转换为干涉光强的变化，检测光强即可反推被测量。课件所列光纤干涉仪形式包括迈克尔逊式、马赫-泽德式、法布里-珀罗式全光纤及萨格纳克干涉仪。

条件与适用范围

为获得较好的干涉效应，应采用单模光纤。该方法适用于所有影响光程的物理量。课件给出其灵敏度高，可检测小至 ${10}^{-7}$ rad 的相位变化；该数值是在课件指定的仪器、带宽/平均时间及噪声条件下得到的，并非该方法无条件的普遍检测极限。