基于偏振控制提升非对称光纤振动传感系统中微弱扰动的定位精度

本文针对非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）光纤传感系统中偏振诱导相移（PIPS）和偏振诱导衰落（PIF）导致的定位精度下降问题，提出了一种结合混沌粒子群优化（CPSO）的偏振协同调控方法。通过建立反馈参数r量化偏振干扰，实验证明该方法在1.04 km和72.14 km传感距离下将定位误差分别降低至原值的30%和54%，为长距离高精度光纤振动监测提供了创新解决方案。

　　

亮点

偏振诱导相移（PIPS）和偏振诱导衰落（PIF）严重削弱了基于非对称双马赫-曾德尔干涉仪（ADMZI）的分布式光纤振动传感系统对微弱扰动的定位能力。

偏振控制方法

本研究提出创新性调控策略：通过建立反馈参数r表征PIPS和PIF的干扰程度，结合混沌粒子群优化算法（CPSO），协同调节偏振控制器（PC）和相位调制器（PM），使两路干涉信号的可见度与一致性达到最优。仿真验证表明，该方法可有效抑制偏振噪声。实验数据显示，在1.04 km和72.14 km的传感距离下，系统定位误差分别锐减至原始值的30%和54%，显著提升了微弱扰动事件的"抓取"能力。

数值模拟

为验证反馈参数r的合理性，研究团队构建了简化模型：采用正弦波模拟扰动信号f(t)=Acos(2πf₀t)，通过时延τ₀构建信号对，其相似度度量S可简化为：

I₁=cos[Acos(2πf₀(t-τ₀))-γ_CCW]

实验验证

实际系统中，研究团队搭建了完整测试平台：采用1550.12 nm和1550.92 nm超窄线宽激光器，通过密集波分复用器（DWDM）实现非对称光路设计。结果表明，该方案能显著提升系统在复杂环境下的"抗偏振干扰"能力。

结论

本研究首次阐明PIPS和PIF影响ADMZI系统定位精度的内在机制，提出的偏振控制方法为其他非对称结构光纤传感系统提供了普适性解决方案，在油气管道监测、地质灾害预警等领域具有重要应用价值。