[發明專利]一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置和解調方法

有效

• 申請號: 201210540318.X
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102997937A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G01D3/036
• 分類號: G01D3/036;G01D5/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一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。

2.一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置的解調方法，其特征在于：采用如權利要求1所述的一種可抑制光源相位噪聲的光頻域反射裝置，其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A1；利用譜分析和微分法估計出信號A1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S1；

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S1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。