近期，华中科技大学下一代互联网接入系统国家工程研究中心鲁平教授课题组在Optics Letters期刊上发表了题为“Four-wavelength quadrature phase demodulation technique for extrinsic Fabry-Perot interferometric sensors”的报道，提出了一种基于四波长的相位解调算法，通过四路波长构造四路具有特定相位差的干涉信号，四路干涉信号可分为两组反相的干涉信号，每一组反相的干涉信号可以采用直线拟合算法得到一路归一化的信号，两组反相的干涉信号可得到两路正交的归一化信号，进而对两路正交的归一化信号采用微分交叉相乘算法得到待测相位信号，实现了大动态范围、宽响应频段的相位信号解调。实验结果表明，该文章提出的相位解调算法实现了相位幅值从0.096rad到2.476rad范围内，频率从1Hz到100kHz范围内的相位信号解调，解决了现有相位解调技术例如正交工作点解调、正交双波长解调和光谱解调无法同时实现大动态范围、宽频带相位信号解调的问题。

封面图：四波长相位解调系统图

相位解调技术是干涉型光纤传感系统中十分重要的组成部分，其通过对采集到的干涉光强信号或者干涉光谱进行运算，得到干涉型光纤传感器中的相位变化。对于EFPI光纤传感器中常用的几种相位解调算法，正交工作点解调具有系统简单，探测频段宽的优点，但是其存在工作点容易受环境影响而发生漂移，以及动态范围有限的缺点。正交双波长解调具有动态范围大、探测频段宽的优点，但是由于采用了椭圆拟合算法，存在不适合于小信号解调的缺点。光谱解调具有精度高、动态范围大的优点，但是存在受限于光谱采集设备的采样率，解调频段窄的缺点。

为克服这些缺点，鲁平教授课题组采用基于四波长相位解调算法的声波传感系统，实验表明四波长相位解调算法能够解调大动态范围的相位信号和四波长相位解调算法能够解调宽频带的相位信号。

本工作提出了一种四波长相位解调算法，通过四路波长不同的干涉信号采用直线拟合算法构造两路正交的归一化信号，采用微分交叉相乘算法实现相位解调，实现了大动态范围、宽频带的相位信号的解调。在声波、振动、加速度等宽频带、大动态范围动态信号的测量中具有较好的应用前景。

华中科技大学下一代互联网接入系统国家工程研究中心鲁平教授为该论文通讯作者，华中科技大学博士生张万金为第一作者。

文章信息：

Wanjin Zhang, Ping Lu, Zhiyuan Qu, Jiangshan Zhang, and Deming Liu, "Four-wavelength quadrature phase demodulation technique for extrinsic Fabry–Perot interferometric sensors," Opt. Lett. 47, 2406-2409 (2022)

论文地址：

https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-47-10-2406&id=472535

https://doi.org/10.1364/OL.460132