Fiber Optic Impact Location System Based on a Tracking Tandem Low-Coherence Interferometer

Abstract

This study proposes a method for detecting small-length fluctuations for fiber-optic sensors (FOS). The method is based on a tracking tandem low-coherence interferometer and enables the ability to compensate for temperature and deformation drifts in FOS. As a result, the constant high sensitivity of FOS over a wide frequency range is guaranteed. Sensitivity to the level of 2 nm in the frequency range of 200 kHz has been demonstrated. The operation of the circuit is demonstrated on the example of the 2D location of acoustic signals using a correlation algorithm for signal processing, known as the time reversal method. It is shown that this system enables us to determine the place of the impact on the sample under the test with an accuracy of about 2 cm using a single sensor.

Low-Coherence Homodyne Interferometer for Sub-Megahertz Fiber Optic Sensor Readout

“…The typical amplitudes of the acoustic emission signal range from about one nanometer to tens of nanometers [ 44 ]. However, they can be up to 1–2 um for a strong external impact [ 39 ]. The maximum suitable signal amplitude for the proposed algorithm is determined using the coherence length of the light source (which should be much less than the coherence length) and is about 2-3 um for the superluminescent diodes used.…”

“…The proposed method is based on low-coherence interferometry [39,40], as shown in Figure 1a. Two interferometers with the differences in optical path length ∆ 1 and ∆ 2 are illuminated sequentially by a broadband light source with a short coherence length L coh .…”

Метод Детектирования Малых Колебаний На Основе Гомодинной Демодуляции С Тандемным Низкокогерентным Интерферометром

“…Известно, что при использовании широкополосного источника интерференция наблюдается только при условии, что разность оптических путей интерферирующих волн меньше длины когерентности [15][16][17][18][19]. Соответственно сигнал на фотоприемнике при выполнении усло-…”

“…Основной проблемой такого подхода является настройка рабочей точки сенсорного интерферометра в положение максимальной чувствительности и ее удержание в этом состоянии, что осложняется случайным дрейфом оптической длины резонатора, вызванным паразитными деформациями и изменениями температуры. Существуют различные методы борьбы с данным эффектом: подстройка длины волны лазера [11], методы гомодинной демодуляции [12][13][14] и различные методы низ-кокогерентной интерферометрии [15][16][17][18][19]. В настоящее время методы гомодинной демодуляции, основанные на введение дополнительной модуляции в чувствительный элемент, хорошо разработаны для когерентных схем детектирования.…”

Monolithically Integrated Michelson Interferometer Using an InGaAs/InAlAs Quantum Cascade Laser at λ = 4 µm

“…As one example, this is illustrated by a paper written in 2023 by Englert et al, in which wind velocities and directions in the Martian atmosphere have been determined [14]. Very recently, Michelson interferometers have also been utilized for exact failure location in extended optical fiber networks [15], high-resolution fiber optic sensor readout systems [16], detecting small volume/low concentration chemicals in a ring cavity laser [17], and absolute distance measurements using frequency combs [18,19], as well as tracking impact locations with a low-coherence Michelson interferometer [20].…”