Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier

Abstract

A method of homodyne demodulation using a phase generated carrier is described and experimentally demonstrated. The method has a large dynamic range, good linearity, and is capable of detecting phase shifts in the microradian range. The detection scheme obviates the phase tracker resetting problem encountered in active homodyne detection schemes. Two methods of producing the carrier are presented, one employing a piezoelectric stretcher, the other using current induced frequency modulation of the diode laser source. These two methods are compared. The origins of the noise Limiting the system are briefly discussed.

Experimental comparison of homodyne demodulation algorithms for phase fiber-optic sensor

“…Алгоритм гомодинной демодуляции на основе перекрестного перемножения был впервые пред-ложен для обработки сигналов волоконно-оптических датчиков гидроакустического давления [10]. Он получил широкое распространение благодаря двум своим особенностям: алгоритм не требует использо-вания петли обратной связи, а выходной сигнал схемы обработки не зависит от положения рабочей точки интерферометра [11].…”

“…Существуют две основных разновидности алгоритмов гомодинной демодуляции -схема гомодинной демодуляции на основе перекрестного перемножения (PGC -DCM, Phase Generated CarrierDifferential Cross Multiplying) и схема гомодинной демодуляции на основе вычисления значений функции арктангенса (PGC -Atan, Phase Generated Carrier -Arctangent) [10]. Несмотря на значительное число ис-следований, посвященных анализу этих алгоритмов, в современной научной литературе не рассмотрена проблематика их экспериментального сравнения и выбора оптимального алгоритма демодуляции для фазовых волоконно-оптических датчиков.…”

“…(1) где A и B -константы, определяемые интенсивностью светового излучения и видностью интерференци-онной картины на фотоприемнике; C -глубина фазовой модуляции (рад); ω -циклическая частота фа-зовой модуляции [10][11][12]. При этом величина φ(t) может быть определена как φ( ) = • cos(ω ) + ϕ , где D -амплитуда измеряемого фазового сигнала (рад); ω -циклическая частота измеряемого фазового сигнала, ϕ -положение рабочей точки интерферометра, которое может изменяться под действием тем-пературы или механического воздействия на интерферометр.…”

A simple method for measuring dynamic phase changes in a homodyne interferometric fiber-optic sensor

“…Hence, a linear measurement of the signal's phase shift from the photodetector output is not possibly direct. The phase difference may be divided into two components: a slowly changing random phase shift induced mainly by ambient temperature fluctuations, and a rapidly changing dynamic phase modulation induced by a harmonically varying measurand [3]. The amplitude of the output signal will vary unpredictably due to the random phase shift, which makes the readout of the dynamic phase shift in an interferometric fiber-optic sensor more difficult [4][5][6][7][8].…”

Phase noise characteristics of narrow-linewidth f iber laser and laser diode in unbalanced interferometers

“…This approach can measure laser phase noise because of its low self noise (few µrad/sqrt (Hz)) [3] . Both lasers can receive direct optical frequency modulation (i.e., active modulation), which is useful for remote passive interrogation of interferometric sensing based on the PGC technique [7] . Figure 2 illustrates the phase noises of the two lasers at active modulation frequency of 20 kHz, which are measured at OPDs of 1 and 100 m, respectively.…”