本發明專利技術公開了一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置和方法，包括可調諧激光器、1：99光分束器、調諧信號控制模塊、基于輔助干涉儀的光源相位監測系統、主干涉儀系統和計算機。光源相位噪聲會嚴重影響光頻域反射方法的空間分辨率和測試距離。本發明專利技術采用基于輔助干涉儀的光源相位噪聲監測系統，實時采集光源的相位噪聲，并通過相關算法對主干涉儀系統的輸出信號進行補償。該算法的思想是對光源出射光和待測光纖中反射光的相位噪聲采取分別補償的方式，其中待測光纖中反射光的相位噪聲補償是利用菲涅爾變換實現。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于分布式光纖傳感儀器
具體涉及一種用于光頻域反射方法的 光源相位噪聲抑制裝置和方法。
技術介紹
在用于光纖通訊網絡及其器件測試以及應力、溫度、擾動傳感等領域的光頻域反 射方法(OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry)采用高相干激光器進行高速和 線性波長掃描，利用參考臂上由法拉第反射鏡反射的光與單模光纖背向散射光(瑞利反射 光)進行干涉。由于二者的光程不同，干涉端實際上是不同頻率的兩束光進行干涉，形成拍 頻。通過探測不同的拍頻信號，就可以探測傳感光纖不同位置的背向散射信息。光頻域反射方法的關鍵技術是需要激光器光源提供較大的光頻掃描范圍，并且光 頻在掃描過程中保持高速和線性特性。這是因為在光頻域反射方法中的信號處理需要將信 號轉換到頻域，通常使用快速傅里葉算法(FFT, Fast Fourier transform)實現，而FFT算 法要求自變量采取等間隔采樣，由于光頻域反射儀的自變量不是時間而是激光器的瞬時光 頻率，如果激光器輸出光存在相位噪聲(包括非線性調諧的寄生相位)，即使采用FFT算法， 由于自變量非等間隔采樣，會造成光頻域反射計的空間分辨率嚴重惡化。但是目前常見激 光器一定會存在有相位噪聲，
技術實現思路
針對上述現有技術，以消除光源相位噪聲對光頻域反射方法影響，本專利技術提出一 種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置和方法。為了解決上述技術問題，本專利技術一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置予以 實現的技術方案是包括可調諧激光器、1:99光分束器、調諧信號控制模塊、基于輔助干涉 儀的光源相位監測系統、主干涉儀系統和計算機；所述可調諧激光器，用于為系統提供光源，光源采用超窄線寬線性調諧回音壁模 式自注入鎖模激光光源，其光頻能夠實現線性掃描，光源由調諧信號控制模塊控制，所述調 諧信號控制模塊根據要求產生三角波或鋸齒波來驅動可調諧激光器；I 99光分束器，可調諧激光器的出射光由所述1:99光分束器的a端口進入，并以1:99的比例分別從所述1:99光分束器的b端口和c端口分配到基于輔助干涉儀的光相位 監測系統和主干涉儀系統；基于輔助干涉儀的光源相位監測系統采集實時的光源輸出光相位信息，其結構 包括隔離器、第一 50 50稱合器、第一法拉第旋轉鏡和第二法拉第旋轉鏡、延遲光纖和探測 器；隔離器用于防止第一 50 50耦合器的b端口的反射光進入可調諧激光器；第一 50 50稱合器用于光干涉,光從第一 50 50稱合器的b端口進入,從第一 50 50耦合器的c端口和d端口出射，分別被基于輔助干涉儀的時鐘觸發系統的兩臂的第一法拉第旋轉鏡和第二法拉第旋轉鏡反射，并返回到第一 50 50耦合器的c端口和d端口，兩束 光在第一 50 50 I禹合器中發生干涉,從第一 50 50 I禹合器的a端口輸出；第一法拉第旋轉鏡和第二法拉第旋轉鏡基于輔助干涉儀的光源相位監測系統提 供反射，并且能夠消除偏振衰落現象；延遲光纖用于實現非等臂的拍頻干涉；探測器用于米集第一 50 :50稱合器a端口的出射光；主干涉儀系統包括環行器、50 50分束器，第二 50 50耦合器、參考臂、測試臂、偏 振控制器、待測光纖和平衡探測器以及采集裝置；50 :50分束器作用是馬赫-澤德干涉儀分 束，光從50 50分束器的a端口進入，經過50 50分束器的b端口進入參考臂的偏振控制 器，經過50 50分束器的c端口進入測試臂的環行器的a端口；參考臂上的偏振控制器調節參考光偏振態，使其在偏振分束時兩個正交方向上 光強基本一致；測試臂上的環行器光從環行器的a端口進入，從環行器的c端口進入待測光纖， 而待測光纖的背向散射光從環行器的c端口進入,從環行器的b端口輸出；第二 50 50稱合器將參考臂上的參考光與測試臂上背向散射光通過第二 50 50 耦合器的a端口和b端口進入該第二耦合器進行合束，形成拍頻干涉并從該第二 50 50耦 合器的c端口和d端口輸出；平衡探測器分別接入第二 50 50耦合器的c端口和d端口； 所述平衡探測器用于采集第二 50 50耦合器c端口和d端口的出射光；所述平衡探測器和所述探測器將光信號轉換為電信號；采集裝置將平衡探測器和 探測器輸出的模擬電信號采集到計算機；其中，計算機對采集裝置采集的干涉信號進行數 據處理，實現利用基于輔助干涉儀的光源相位監測系統監測的光源相位信息和相位噪聲校 正算法對主干涉儀系統的輸出信號進行處理。本專利技術一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置的解調方法包括以下步驟第一步，基于輔助干涉儀的光源相位監視系統輸出信號A，對信號A進行希爾伯特 變換和相位展開得到輔助干涉儀輸出信號的相位變化信號Al ;利用譜分析和微分法估計 出信號Al中相位變化中的線性變化成分，進而得到非線性成分信號A2，對信號A2利用泰勒 級數展開法，得到光源發射的非線性相位，對非線性相位變換為復指數信號A3 ；與此同時，主干涉儀輸出信號S，利用希爾伯特變換得到復指數信號SI ；第二步，將信號A3的共軛進行菲涅爾變換得到信號A4 ；與此同時，對信號SI相乘信號A3，去掉光源發射非線性得到信號S2，對信號S2進 行菲涅爾變換得到信號S3 ；第三步，將信號S3與信號A4的共軛相乘即可得到抑制相位噪聲后的信號S4。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是本專利技術使得光頻域反射裝置在采用本方法后對反射點(由于法蘭盤連接或跳線末 端)的空間分辨率提高125倍。在IOkm位置的反射點空間分辨率為20cm，在40km處的反 射點空間分辨率為50cm，在80km處反射點空間分辨率為1. 6m。附圖說明圖1是一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置不意圖1中1_可調諧激光器，2-探測器，3-50:50分束器，4-1 :99分束器，5_第一 50:50稱合器,6-調諧信號控制模塊,7-延遲光纖,8-第一法拉第轉鏡,9-第二法拉第轉鏡， 10-隔離器，11-計算機，12-偏振控制器，13-環形器，14-第二 50:50耦合器，15-待測光纖， 16-平衡探測器，17-采集裝置，18-參考臂，19-測試臂，20-主干涉系統，21-基于輔助干涉儀的光源相位監測系統；圖2是本專利技術可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置解調方法步驟框圖3是未抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置輸出的待測光纖為80km的信號曲線.-^4 ，圖4是未抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置輸出的待測光纖為80km的信號曲線的在80km處末端APC頭跳線的反射點；圖5是抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置輸出的待測光纖為80km的信號曲線.-^4 ，圖6是抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置輸出的待測光纖為80km的信號曲線的在IOkm處APC頭連接法蘭的反射點；圖7是抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置輸出的待測光纖為 80km的信號曲線的在40km處APC頭連接法蘭的反射點；圖8是抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置輸出的待測光纖為80km的信號曲線的在80km處APC頭連接法蘭的反射點。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步詳細地描述。如圖1所示，本專利技術為一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置包括可調諧激光器1、1 :99光分束器4、調諧信號控制模塊6、基于本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置，其特征在于，包括：可調諧激光器（1）、1：99光分束器（4）、調諧信號控制模塊（6）、基于輔助干涉儀的光源相位監測系統（21）、主干涉儀系統（20）和計算機（11）；其中：可調諧激光器（1）：用于為系統提供光源，光源采用超窄線寬線性調諧回音壁模式自注入鎖模激光光源，其光頻能夠實現線性掃描，光源由調諧信號控制模塊（6）控制，所述調諧信號控制模塊（6）根據要求產生三角波或鋸齒波來驅動可調諧激光器（1）；1：99光分束器（4）：可調諧激光器（1）的出射光由所述1:99光分束器（4）的a端口進入，并以1：99的比例分別從所述1：99光分束器（4）的b端口和c端口分配到基于輔助干涉儀的光相位監測系統（21）和主干涉儀系統（20）；基于輔助干涉儀的光源相位監測系統（21）：采集實時的光源輸出光相位信息，其結構包括隔離器（10）、第一50：50耦合器（5）、第一法拉第旋轉鏡（8）和第二法拉第旋轉鏡（9）、延遲光纖（7）和探測器（2）；隔離器（10）用于防止第一50：50耦合器（5）的b端口的反射光進入可調諧激光器（1）；第一50：50耦合器（5）用于光干涉，光從第一50：50耦合器（5）的b端口進入，從第一50：50耦合器（5）的c端口和d端口出射，分別被基于輔助干涉儀的時鐘觸發系統（21）的兩臂的第一法拉第旋轉鏡（8）和第二法拉第旋轉鏡（9）反射，并返回到第一50：50耦合器（5）的c端口和d端口，兩束光在第一50：50耦合器（5）中發生干涉，從第一50：50耦合器（5）的a端口輸出；第一法拉第旋轉鏡（8）和第二法拉第旋轉鏡（9）基于輔助干涉儀的光源相位監測系統（21）提供反射，并且能夠消除偏振衰落現象；延遲光纖（7）用于實現非等臂的拍頻干涉；探測器（2）用于采集第一50：50耦合器（5）a端口的出射光；主干涉儀系統（20）包括環行器（13）、50：50分束器（3），第二50：50耦合器（14）、參考臂（18）、測試臂（19）、偏振控制器（12）、待測光纖（15）和平衡探測器（16）以及采集裝置（17）；50：50分束器（3）作用是馬赫?澤德干涉儀分束，光從50：50分束器（3）的a端口進入，經過50：50分束器（3）的b端口進入參考臂（18）的偏振控制器（12），經過50：50分束器（3）的c端口進入測試臂（19）的環行器（13）的a端口；參考臂（18）上的偏振控制器（12）：調節參考光偏振態，使其在偏振分束時兩個正 交方向上光強基本一致；測試臂（19）上的環行器（13）：光從環行器（13）的a端口進入，從環行器（13）的c端口進入待測光纖（15），而待測光纖（15）的背向散射光從環行器（13）的c端口進入，從環行器（13）的b端口輸出；第二50：50耦合器（14）：將參考臂（18）上的參考光與測試臂（19）上背向散射光通過第二50：50耦合器（14）的a端口和b端口進入該第二耦合器（14）進行合束，形成拍頻干涉并從該第二50：50耦合器（14）的c端口和d端口輸出；平衡探測器（16）分別接入第二50：50耦合器（14）的c端口和d端口；所述平衡探測器（16）用于采集第二50：50耦合器（14）c端口和d端口的出射光；所述平衡探測器（16）和所述探測器（2）將光信號轉換為電信號；采集裝置（17）將平衡探測器（16）和探測器（2）輸出的模擬電信號采集到計算機（11）；其中，計算機（11）對采集裝置（17）采集的干涉信號進行數據處理，實現利用基于輔助干涉儀的光源相位監測系統監測的光源相位信息和相位噪聲校正算法對主干涉儀系統的輸出信號進行處理。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉鐵根，劉琨，丁振揚，江俊峰，杜陽，李定杰，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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