[發明專利]一種光時域分析儀和分析方法

在審

• 申請號: 201910675223.0
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110470327A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 曹孟輝;宋雷;陳姍
• 申請（專利權）人: 武漢鉅風科技有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;H04B10/071
• 代理公司: 42247 武漢紅觀專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李季<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種光時域分析儀，其特征在于：包括激光器、第一耦合器、第二耦合器、聲光調制器、非線性放大器、第一帶通濾波器濾波、環形器、波分復用器、拉曼光纖激光器、第二帶通濾波器、差分光電探測器、頻譜儀、A/D轉換器、處理器和傳感光纖；

所述激光器產生的光信號被50：50的第一耦合器分成兩路，下面一路作為外差檢測的本振光，進入50：50的第二耦合器。上面一路進入聲光調制器進行聲光調制，調制后的光脈沖被非線性放大器放大，然后被第一帶通濾波器濾波，以去除放大器自發輻射噪聲，光脈沖通過環形器的第一端口到達波分復用器，通過波分復用器進入光纖，拉曼光纖激光器作為該系統的泵浦源，產生的泵浦光信號通過波分復用器進入光纖前端，光脈沖在光纖中前行，并不斷產生瑞利散射光，同時光脈沖和瑞利散射光在光纖中被拉曼泵浦光分布式放大，瑞利散射光散射回環形器的第二端口，從環形器的第三端口輸出，并被第二帶通濾波器濾波，隨后通過第二耦合器與本振光拍頻，第二耦合器的輸出端信號被差分光電探測器探測，差分后的電信號通過頻譜儀進行外差檢測，得到瑞利散射信號以及布里淵散射信號，隨后通過A/D轉換器進行采集，并在處理器進行實時的信號處理。

2.如權利要求1所述的一種光時域分析儀，其特征在于：所述頻譜儀包括第三帶通濾波器、可調諧帶通濾波器、第一包絡檢波器、第二包絡檢波器、第一低通濾波器和第二低通濾波器；

所述第二耦合器的輸出端信號被差分光電探測器探測，從探測器輸出的信號分成兩路，上路負責瑞利散射信號的解調，下路負責自發布里淵散射信號的解調，上路的第三帶通濾波器中心頻率為200M，濾波后的信號通過第一包絡檢波器提取包絡，從而提取瑞利散射信號；下路的可調諧帶通濾波器能夠調整其中心頻率以對應布里淵增益譜內的各個頻率的自發布里淵散射光，經過可調諧帶通濾波器通過第二包絡檢波器提取包絡，從而得到自發布里淵散射信號，最后兩路信號通過AD轉換器轉換后進行后續的信號處理。

3.如權利要求2所述的一種光時域分析儀，其特征在于：還包括偏振開關、偏振控制器和任意波形發生器；

所述激光器產生的光信號被50：50的第一耦合器分成兩路，下面一路作為外差檢測的本振光，通過順次串聯的偏振開關、偏振控制器進入50：50的第二耦合器；

所述任意波形發生器產生脈沖光信號分別至A/D轉換器的模擬輸入端、聲光調制器的輸入端和偏振開關的輸入端。

4.如權利要求1所述的一種光時域分析儀，其特征在于：所述激光器為最大輸出功率為12dBm、線寬為～3kHz的ULS。

5.如權利要求4所述的一種光時域分析儀，其特征在于：所述聲光調制器調制信號為770Hz，脈沖寬度為80ns，聲光的頻移為200MHz。

6.如權利要求5所述的一種光時域分析儀，其特征在于：所述差分光電探測器探測的帶寬為11GHz。

7.一種光時域分析方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、將1550nm的激光器產生的光信號分成兩路，其中一路作為本振光，另一路經調制后輸入傳感光纖中，將1455nm的拉曼光纖激光器作為該系統的泵浦源，產生的1455nm的泵浦光信號通過波分復用器進入光纖前端，1550nm的光信號和1450nm的光信號在光纖傳感中發生瑞利散射光和布里淵散射信號；

S2、將同一布里淵散射信號與兩個正交偏振的本振光拍頻，然后疊加兩個拍頻的信號，從而得到偏振相關增益無關的布里淵散射曲線；

S3、通過差分光電探測器探測瑞利散射光和布里淵散射信號，差分后的電信號通過頻譜儀進行外差檢測和解調，得到瑞利散射信號以及布里淵散射信號，隨后通過A/D轉換器進行采集，并在處理器進行實時的信號處理。

8.如權利要求7所述的一種光時域分析方法，其特征在于：所述S2中布里淵散射信號和兩個正交偏振的本振光分別表示為：

其中，a和b為-1到+1之間的任一值，而δ、θ、為隨機的相位值；

拍頻以后再疊加的信號功率η可以表示為：

9.如權利要求7所述的一種光時域分析方法，其特征在于：所述S3中還包括對瑞利散射光和布里淵散射信號的解調進行同步，具體步驟為：

S201、設光脈沖的重復周期為T，以NT為時間單位對本振光的偏振態進行切換，以T為單位對頻譜儀進行調諧，以完成對布里淵散射譜的掃頻；

S202、當得到一個本振的偏振態對應的瑞利散射信號和布里淵散射信號后，將本振光的偏振角旋轉90°，重復上述的掃頻以及信號采集，以偏振切換周期為單位，對N個周期的相位進行信號處理，而對相鄰的兩個偏振切換周期的同頻率的布里淵散射信號進行疊加，最終在實現對瑞利散射信號和自發布里淵散射信號的同步解調。