[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

技術領域

本發明屬于分布式光纖傳感儀器技術領域。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。

背景技術

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，

發明內容

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，本發明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，本發明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；

1：99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耦合器、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耦合器用于光干涉，光從第一50：50耦合器的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耦合器中發生干涉，從第一50：50耦合器的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；

探測器用于采集第一50：50耦合器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耦合器：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。