[發明專利]一種減小OFDR光源非線性相位影響的系統及方法

有效

• 申請號: 202011249634.2
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112461276B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 張利勛;陶藝文;夏明;歐中華;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 許志輝

本發明公開了一種減小OFDR光源非線性相位影響的系統及方法，屬于分布式光纖傳感技術領域。本發明解決了現有技術中光路復雜，參考光纖存在長度限制，外界擾動對不同擾動位置的光纖產生不同的噪聲項，可調諧光源的非線性相位的補償與測試光纖的長度有關的問題。本發明中的光路結構主要包括可調諧窄線寬掃頻激光器、光纖環形器、偏振控制器、光耦合器、偏振分束器、光電平衡探測器、數據采集卡和信號處理系統，本發明采用測試光纖作為輔助干涉儀的參考光纖，能夠在OFDR系統中實現長距離以及高空間分辨率的信號檢測。

技術領域

本發明屬于分布式光纖傳感技術領域，具體涉及一種減小OFDR光源非線性相位影響的系統及方法。

背景技術

分布式光纖傳感技術基于光纖中光的干涉、瑞利散射等光學效應,利用光纖本身作為傳感器,當光在光纖傳輸過程中受到加載在路徑上的振動、應變、聲音、溫度變化、結構損傷等載荷的調制時,其在路徑沿線不同空間分布和隨時間變化的光信號也會產生相應變化。光頻域反射(OFDR)作為一種先進的光學反射技術，與其他傳感技術相比，有著高空間分辨率、大動態范圍的優勢。

在OFDR技術中，由于可調諧光源在線性調諧時的非線性調諧效應的客觀存在，導致干涉儀中的拍頻干涉信號在相同時間間隔下并不是相等光頻間隔，因此不能直接對干涉儀中采集到的信號進行傅里葉變換。傳統方法中消除光源非線性效應是利用一種非常典型的系統結構，即搭建兩個馬赫-曾德爾干涉儀，一個為輔助干涉儀，其拍頻信號是由本振臂光信號與測試臂中經過延遲光纖的光信號發生干涉產生的，通過監測干涉信號光強度的變化，可以得到相位信息隨時間的變化；另一個則為主干涉儀，其拍頻信號是由本振臂光信號與測試臂中經過延遲光纖的后向瑞利散射光信號發生干涉產生的，由于瑞利散射光信號中包含了整個延遲光纖中相位的信息，所以拍頻干涉信號中的相位信息是整個延遲光纖中相位的疊加，無法直接從中得到光源非線性相位的信息。通過采集輔助干涉儀的干涉信號得到可調諧光源的非線性相位信息，將得到的非線性相位信息與主干涉儀得到的信號在時間上一一對應，利用算法對主干涉儀的信號進行補償。

通過算法能實現等光頻間隔的采樣，可以非常有效的抑制系統中由光源帶來的非線性效應，有效提升拍頻干涉信號的質量。然而這種系統結構在進行等光頻采樣的同時，也是具有一定缺點的，即參考光纖和測試光纖是兩條不同的光纖，由于不同光纖之間存在外界環境導致的不同的隨機相位噪聲，同時，參考光纖中得到的光源非線性相位信息是與距離有關的，其本身就相當于一個只有一個反射點的主干涉儀信號，當用參考光纖得到的相位信息對測試光纖進行補償時，隨著測試光纖與參考光纖距離的增大，補償效果越差，所以用輔助干涉儀的拍頻干涉信號來給主干涉儀的信號進行光源的非線性補償存在一定的誤差。

發明內容

本發明提供了一種減小OFDR光源非線性相位影響的系統及方法，能夠提高OFDR的空間分辨率，簡化光路結構。

本發明所采用的技術方案是：一種減小OFDR光源非線性相位影響的系統，包括OFDR光路系統，還包括一個測試光纖，所述OFDR光源系統至少包括光環形器和3dB光耦合器；所述測試光纖一端連接光環形器的輸出端口2，一端連接3dB光耦合器的輸入端口2。

進一步地，所述OFDR光路系統包括可調諧窄線寬激光光源、主干涉儀、輔助干涉儀；所述主干涉儀包括光耦合器、光環形器、偏振控制器、測試光纖和3dB光耦合器，所述光耦合器的輸出端口2與光環形器的輸入端口1相連，所述光耦合器的輸出端口3與偏振控制器相連接，所述光環形器的輸出端口2與測試光纖相連，所述光環形器的輸出端口3與3dB光耦合器的輸入端口1相連，所述偏振控制器的輸出端與3dB光耦合器的輸入端口2相連；

所述輔助干涉儀包括光耦合器、光環形器、測試光纖和3dB光耦合器，所述光耦合器的輸出端口3與3dB光耦合器的輸入端口1相連，所述測試光纖與3dB光耦合器的輸入端口2相連。