[發(fā)明專利]一種光纖布拉格光柵的解調系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111707301B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 尹向輝;梁斌;王學謙;朱曉俊;劉厚德
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學英

1.一種光纖布拉格光柵的解調系統(tǒng),其特征在于，包括：光源、第一光環(huán)形器、參考光柵、光纖布拉格光柵、干涉器和擾動源；

所述光源，用于發(fā)射寬頻光并通過所述第一光環(huán)形器的第一端口進入，第二端口輸出到所述參考光柵，所述參考光柵將參考波長的光反射，其他波長的光進入所述光纖布拉格光柵；

所述光纖布拉格光柵，用于接收所述參考光柵的光并反射，將反射的傳感波長的光與所述參考波長的光從所述第一光環(huán)形器的所述第二端口進入第三端口輸出到所述干涉器；

所述干涉器，接收所述第一光環(huán)形器的所述第三端口輸出的光束并分為兩路，其中一路搭載擾動源使得兩路的臂長差產(chǎn)生隨機變化，并分別探測所述傳感波長的光和所述參考波長的光；

還包括第二環(huán)形器、參考光柵濾波器、第一探測器和第二探測器；

將干涉混合信號從所述第二環(huán)形器的第一端口進入，第二端口輸出到所述參考光柵濾波器，所述參考光柵濾波器的反射波長與所述參考波長一致，所述參考波長的光被反射，所述傳感波長的光進入所述第一探測器中被探測；所述參考波長的光從所述第二環(huán)形器的所述第二端口進入，第三端口輸出到所述第二探測器中被探測。

2.如權利要求1所述的光纖布拉格光柵的解調系統(tǒng),其特征在于，所述擾動源是環(huán)境干擾抖動、震動元件、相位調制器或所述光纖布拉格光柵的觸感信號。

3.一種光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，采用如權利要求1-2任一所述的光纖布拉格光柵的解調系統(tǒng)對所述光纖布拉格光柵進行解調，具體包括如下步驟：

S1：根據(jù)光纖布拉格光柵的光柵數(shù)目選擇擾動源及采樣率；

S2：采用壓縮感知的算法，在擾動源擾動下將每個所述干涉器輸出的光強值作為對時域信號的一次隨機采樣結果s，所述干涉器的兩路的臂長差的值作為隨機采樣的位置Ф；

S3：根據(jù)隨機采樣的位置Ф構造恢復矩陣A，所述恢復矩陣A由所述隨機采樣的位置Ф與頻域正交基ψ相乘得到；

S4：根據(jù)所述恢復矩陣A、所述隨機采樣結果s恢復頻域信號f，完成光纖布拉格光柵的解調。

4.如權利要求3所述的光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，根據(jù)所述傳感波長的光的光強、所述參考波長的光的光的強和參考波長得到所述干涉器的兩路的臂長差。

5.如權利要求4所述的光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，根據(jù)所述傳感波長的光的光強、所述參考波長的光的光的強和參考波長通過如下公式計算得到所述干涉器的兩路的臂長差：

其中，P₁和P₂分別為所述干涉器的兩路的光強，λ為參考波長，L₁和L₂分別為干涉器的兩路的長度，n為折射率，為相位噪聲。

6.如權利要求3所述的光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，所述頻域正交基ψ為離散余弦變換正交基。

7.如權利要求3所述的光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，通過優(yōu)化算法迭代得到所述光纖布拉格光柵中每個光柵的反射波長。

8.如權利要求7所述的光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，所述優(yōu)化算法是凸優(yōu)化算法或正交匹配跟蹤算法。

9.如權利要求7所述的光纖布拉格光柵的解調方法，其特征在于，所述迭代的停止條件為所述光纖布拉格光柵的光柵個數(shù)、各所述光柵的波長范圍；將光譜按光柵個數(shù)劃分譜區(qū)，各譜區(qū)中選擇最大似然的波長。