[發明專利]一種退卷積的超高光譜分辨率增強方法

有效

• 申請號: 201811357344.2
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109282898B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 劉加慶;韓順利;張志輝;劉雷;王建國
• 申請（專利權）人: 中電科儀器儀表有限公司
• 主分類號: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44;G01J3/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明公開了一種退卷積的超高光譜分辨率增強方法，具體涉及光譜分析技術領域。該方法首先建立基于受激布里淵效應的光譜分析系統中單模保偏光纖產生的受激布里淵增益譜數學模型，然后在光譜分析系統的每一光譜采樣點，基于受激布里淵增益譜數學模型，對測量得到的超高光譜進行退卷積，最后采用帕德逼近光譜擬合方法消除退卷積得到的超高光譜中可能存在的光譜缺陷，從而實現超高光譜分辨率的增強。本發明采用的光譜分辨率增強方法，極大的提高基于受激布里淵效應的光譜分析系統的光譜分辨率能力，突破受激布里淵增益譜寬對于光譜分析系統的光譜分辨率限制，將光譜分辨率由受限的幾十MHz提高到1MHz以下。

技術領域

本發明涉及光譜分析技術領域，具體涉及一種退卷積的超高光譜分辨率增強方法。

背景技術

光譜分析是諸如通信、傳感、分子光譜儀、微波生成等光學應用中的關鍵診斷工具。例如使用光學方法對光纖通信系統中傳輸的超高速率信號進行光譜測量得到調制頻率近似值，是診斷和監視傳輸信號的一種有效手段；激光光譜包含輻射特性大部分信息，因此激光光譜測量對于光學網絡的設計和實現具有重要作用。

目前，常用的是基于光柵衍射的光譜分析儀，它具有寬光譜范圍和高掃描速度等優點，通常其最好的儀器分辨率被限制在～2GHz。需要更高分辨率時，通常采用基于均差或外差技術的光譜分析儀。均差技術需要一個頻率很接近待測源的本地振蕩器，通常難以實現，特別是對于超高分辨率(10MHz)。外差技術可克服這一缺陷，雖然該技術較為主流，但其缺點也很明顯，它需要諸如聲光調制器和RF或微波源等昂貴光學元件驅動；需要很長的光纖，例如5KHz分辨率需要40Km光纖，此時光纖的損耗和非線性效應不能忽略，這會影響最終的信號。

隨著新一代光網絡發展，特別是各種先進調制格式的應用，以及新型光學器件的發展，他們通常需要MHz量級或更好的光譜分辨能力，以上光譜分析技術顯然難以滿足應用需求。針對這一現狀，出現了一種很有前途的超高光譜分析原理--基于光纖受激布里淵效應。該光譜分析技術的基本原理是，受激布里淵散射允許選擇待測光學信號的特定光譜成分放大以進行分析。即待測信號與特性波長的窄帶泵浦信號按相向傳播方向注入光纖，當泵浦信號強度足夠大，并且滿足所需的空間相干性時，會在光纖中發生受激布里淵效應，產生一個與泵浦信號傳播方向相反的后向散射信號，該信號頻率等于泵浦信號頻率加上與泵浦信號頻率相關的受激布里淵頻移，后向散射信號強度由泵浦信號和待測信號強度決定，同時也與相互作用的光纖類型、長度、偏振特性等因素有關。因此通過不斷改變入射泵浦信號頻率，就可實現對待測信號對應頻率范圍的光譜成分測量。

對于光譜分析系統，其測量得到的光譜通常是儀器線型函數與真實光譜卷積的結果，也就是光譜分析系統的最好光譜分辨率受到儀器線型函數的限制。基于受激布里淵效應的光譜分析技術，它的儀器線型函數即為受激布里淵增益譜，他們的最好光譜分辨率能力受到受激布里淵增益譜寬的限制，最好水平只能到數十MHz，雖然已有的幾個基于受激布里淵效應的光譜分析技術，如專利號為ZL201610323536.6的中國專利采用了諸如受激布里淵增益譜疊加損耗譜等方法實現光譜分辨率增強，但隨之帶來光譜信噪比降低等問題，并且光譜分辨率改善有限，目前現有的方法仍然不能突破受激布里淵增益譜寬對于光譜分辨率的限制，難以進一步提高。因此，受限于受激布里淵增益譜寬的限制，基于受激布里淵效應的光譜分析系統在某些場合已不能滿足對更高光譜分辨率的需求，存在光譜分辨能力瓶頸問題。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足，提出了一種可突破受激布里淵增益譜寬引入的光譜分辨率限制，實現超高光譜的分辨率增強的退卷積的超高光譜分辨率增強方法。

本發明具體采用如下技術方案：

一種退卷積的超高光譜分辨率增強方法，包括以下步驟：

步驟1：首先根據式(1)建立基于受激布里淵效應的光譜分析系統中單模保偏光纖鏈路中產生的受激布里淵增益譜的數學模型：