[實用新型]一種基于高階邊帶掃頻調制的高空間分辨率光頻域反射計系統

有效

• 申請號: 201320800523.5
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN203617997U
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 杜江兵;何祖源;樊昕昱;劉慶文;謝峰;馬麟
• 申請（專利權）人: 何祖源;上海正海資產管理有限公司
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 邵驊

技術領域

本實用新型涉及電光調制、分布式光纖傳感、光學反射計等技術領域，特別是涉及一種基于高階邊帶掃頻調制的高空間分辨率光頻域反射計系統。

背景技術

光纖通信由于其具有的傳輸頻帶寬、損耗小等特性，自20世紀70年代以來發展迅猛，我國于90年代初期進行的大規模商用光纖通信系統建設。光纖傳感技術是伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術。作為被測量信號載體的光波和作為光波傳播媒質的光纖，具有一系列獨特的、其他載體和媒質難以相比的優點。光波不怕電磁干擾，易為各種光探測器件接收，可方便的進行光電或電光轉換，易與高度發展的現代電子裝置和計算機相匹配。光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設和運輸，材料來源豐富，無輻射，難于竊聽。通信容量大、傳輸距離遠；一根光纖的潛在帶寬可達20THz。

目前光纖通信系統已成為承載巨大信息容量的光纜傳輸網。為保證安全通暢，需要有能夠準確測量光纖傳輸特性的儀器。光學反射計是光纖鏈路狀態監測和維護的非常重要的手段。目前使用較多的是光時域反射計(Optical?Time?Domain?Reflectometer，OTDR)。OTDR是利用背向散射光來測量光纖的傳播特性。光源發出一束光脈沖射入光纖，會在光纖中發生后向散射。待測光纖中的某些參數會在散射過程中調制到脈沖光上，因此利用OTDR技術，系統就可以通過測定后向散射光強隨時間的變化關系來檢測光纖參數的分布情況，從而確定光纖的長度和每一處的參數分布信息。OTDR是通過分析后向散射光的時間差和光程差進行檢測。它的空間分辨率的提高需要縮短光源脈沖寬度和增大接收機帶寬，而縮短光源的脈沖寬度意味著信號能量的減小，并且系統噪聲正比于接收機帶寬，因此增大接收機帶寬意味著系統動態范圍和信噪比的減小，所以OTDR系統的分辨率與信噪比、動態范圍、測量時間之間存在著矛盾，它的空間分辨率往往只能達到米的量級。為了解決這個問題，其他的時域反射方法也在不斷地研究中。如偽隨機探測信號的相關檢測、互補格雷碼檢測等。

為了提高空間分辨率和測量敏感度等性能，背向散射法被應用于光頻域，研制出了光頻域反射計OFDR(Optical?Frequency?Domain?Reflectometer)。OFDR系統的高空間分辨率將使其更加廣泛地應用于眾多對測量精度有高要求的領域?[Opt.?Express?19,?19790-19796?(2011)]。通過掃頻RF信號對窄線寬激光進行單邊帶調制，得到線性掃頻的光信號，用于相應的OFDR系統，已經實現了長距離和高空間分辨率的線路檢測?[J.?Lightwave?Technol.?6,?3287-3294?(2008)]。然而，單邊帶調制復雜的調制過程和較差的穩定性限制了相應性能。另一方面，射頻掃頻信號的掃頻范圍受限于電子元件，一般只有GHz量級?[J.?Lightwave?Technol.?30,?1015-1024?(2012)]。而要得到高空間分辨率的OFDR，提高掃頻范圍成為必然的途徑。因此，有必要開發新型的寬帶掃頻光源技術，用于實現高空間分辨率OFDR。

實用新型內容

本實用新型目的在于在OFDR系統中，為了克服使用光源內部調制可能產生的非線性掃頻等問題，可以使用光源外部調制實現掃頻，目前使用較多的是利用單邊帶調制得到的第一階邊帶進行掃頻。受電子元件的電子瓶頸限制，射頻信號掃描頻率范圍有限，為了擴大掃頻范圍從而提高空間分辨率，本實用新型利用高電壓調制低半波電壓的電光調制器產生多階邊帶的原理，提供了一種基于高階邊帶掃頻調制的高空間分辨率光頻域反射計系統。

本實用新型為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種基于高階邊帶掃頻調制的高空間分辨率光頻域反射計系統，包括掃頻光源部分、測試光路部分、接收機及信號處理部分；其特征在于：所述掃頻光源部分包括激光器、低半波電壓電光調制器、射頻信號發生器、環行器、光纖布拉格光柵、摻鉺光纖放大器和光濾波器；所述激光器發出的窄線寬激光根據射頻信號發生器發出的射頻信號并加載偏置電壓后連接到所述電光調制器進行調制，形成一個寬帶光梳；將得到的光梳導入連接了光纖布拉格光柵的環行器，反射回來的光波經過摻鉺光纖放大器放大后射入可調光濾波器；將濾出的高階掃頻邊帶導入測試光路部分，與本地光發生干涉并最終由接收機接收，和信號處理部分處理。

其進一步特征在于：所述低半波電壓電光調制器為馬赫增德爾型電光調制器或相位型電光調制器，電光調制器的半波電壓不大于4伏，射頻信號發生器的射頻信號的驅動功率不低于27dBm。