Analysis of the performance of fiber-optic Michelson interferometric sensors

In this thesis work, it was studied a fiber-optic Michelson interferometer based on 3x3 coupler for reconstruction of phase signal. At first, it was developed a model for simulating, as faithful as possible, the performance of such an interferometer, taking also into account different sources of noise as: additive white Gaussian noise (AWGN) summed to the optical signals in the arms, random phase walk related to the linewidth of the laser and the electrical AWGN introduced by photo-detectors. Moreover, it was realized a fiber-optic Michelson interferometer in the laboratory, in order to experimentally reconstruct the phase of a sinusoidal perturbation signal. Measurements were realized using two different kinds of laser, with different linewidths, and considering several values of unbalancing of the arm lengths. Experimental results were compared with the simulations obtaining a good agreement in terms of signal-to-noise ratio of the reconstructed phase. In addition, it was analyzed a wavelength division multiplexing scenario, investigating its performance and limits of applicability, also presenting some simulative and experimental results.

In questo lavoro di tesi, è stato studiato un interferometro di Michelson a fibra ottica basato su un accoppiatore 3x3 per la ricostruzione del segnale di fase. In un primo momento, è stato sviluppato un modello per simulare, nel modo più fedele possibile, le prestazioni di tale interferometro, tenendo conto anche di diverse fonti di rumore come: rumore bianco gaussiano additivo (AWGN) aggiunto ai segnali ottici nei bracci, cammino di fase casuale legato alla larghezza di riga del laser e AWGN elettrico introdotto dai fotorivelatori. Inoltre, è stato realizzato in laboratorio un interferometro di Michelson a fibra ottica, per ricostruire sperimentalmente la fase di un segnale di perturbazione sinusoidale. Le misure sono state effettuate utilizzando due diversi tipi di laser, con diverse larghezze di riga, e considerando diversi valori di sbilanciamento delle lunghezze dei bracci. I risultati sperimentali sono stati confrontati con le simulazioni, ottenendo un buon accordo in termini di rapporto segnale/rumore della fase ricostruita. Inoltre, è stato analizzato uno scenario di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, indagandone le prestazioni e i limiti di applicabilità, presentando anche alcuni risultati simulativi e sperimentali.