[發明專利]一種基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202210607132.5
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115015630B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 于晉龍;羅浩;王菊;馬闖;韓旭
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 李彬

1.一種基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，包括：激光發射模塊、光電振蕩器模塊、鎖相環路模塊和超弱頻偏信號檢測模塊；

所述激光發射模塊用于發射激光，生成第一光信號和第二光信號；

所述光電振蕩器模塊用于獲取第一光信號，得到光電振蕩器的起振模式，同時輸出第一電信號；

所述鎖相環路模塊用于穩定所述光電振蕩器的所述起振模式的起振頻率；

所述超弱頻偏信號檢測模塊用于獲取待檢測超弱頻偏光信號和所述第二光信號，生成拍頻信號，并攜帶頻偏信息反饋回所述光電振蕩器模塊；

所述鎖相環路模塊移動相位后的所述第一電信號與所述超弱頻偏信號檢測模塊輸出的所述拍頻信號，耦合至所述光電振蕩器模塊，得到超弱頻偏信號信息。

2.根據權利要求1所述的基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，所述激光發射模塊包括：激光器和光纖分束器；

所述激光器與所述光纖分束器連接；

所述激光器用于發射激光；

所述光纖分束器用于分解所述激光，得到第一光信號和第二光信號。

3.根據權利要求1所述的基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，所述光電振蕩器模塊包括：電光調制器、第一光電探測器、第一電放大器、電濾波器和第二電放大器；

所述電光調制器、所述第一光電探測器、所述第一電放大器和所述電濾波器依次連接，所述第二電放大器與所述電光調制器連接；

所述電光調制器用于調制所述第一光信號；

所述第一光電探測器用于將調制后的所述第一光信號轉換為電信號，生成第一電信號；

所述第一電放大器和所述第二電放大器用于為諧振腔提供增益；

所述電濾波器用于提供起振頻率。

4.根據權利要求1所述的基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，所述鎖相環路模塊包括：壓控移相器、鎖相環電路和環路濾波電路；

所述壓控移相器與所述環路濾波電路連接，所述鎖相環電路與所述環路濾波電路連接；

所述壓控移相器用于移動所述第一電信號的相位；

所述鎖相環電路用于分析所述第一電信號的頻率和相位；

所述環路濾波電路用于對移動相位后的所述第一電信號的分路電信號進行濾波。

5.根據權利要求1所述的基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，所述超弱頻偏信號檢測模塊包括：光纖合束器、第二光電探測器和移相器；

所述光纖合束器、所述第二光電探測器和所述移相器依次連接；

所述光纖合束器用于合束所述第二光信號和所述待檢測超弱頻偏光信號，生成合束光信號；

所述第二光電探測器用于將所述合束光信號轉換為電信號，生成所述拍頻信號；

所述移相器用于調節所述拍頻信號的相位。

6.根據權利要求1所述的基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，所述鎖相環路模塊通過穩定所述光電振蕩器諧振腔的腔長，進而穩定所述光電振蕩器的所述起振模式的起振頻率。

7.根據權利要求1所述的基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測系統，其特征在于，還包括電譜儀，所述電譜儀用于將所述所述拍頻信號的頻譜數據進行頻偏反演分析，得到頻偏信息。

8.一種基于光電振蕩器的超弱頻偏信號檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取第一光信號，得到光電振蕩器的起振模式，同時輸出第一電信號；

獲取待檢測超弱頻偏光信號和第二光信號，生成拍頻信號，

基于移動相位后的所述第一電信號與所述拍頻信號，進行頻譜分析，得到超弱頻偏信號信息；

所述頻譜分析中各頻率的計算表達式為：

|f₁-f₀|＝f_OEO

其中，f₁為待檢測超弱頻偏光信號的頻率，f₀為輸入激光的頻率，f_OEO為光電振蕩器的起振頻率；

所述超弱頻偏信號信息的計算公式為：

f₁＝|f₀-f_OEO|

其中，f₁為待檢測超弱頻偏光信號的頻率，f₀為輸入激光的頻率，f_OEO為光電振蕩器的起振頻率；

激光器發出的激光波長為λ₀，頻率為f₀，經過光纖分束器分成第一光信號和第二光信號，其中所述第一光信號被電光調制器調制；

調制所述第一光信號后進入第一光電探測器，將調制后的第一光信號轉變為電信號，生成第一電信號；

所述第一電信號依次通過第一電放大器，電濾波器，壓控移相器，功分器，電耦合器，第二電放大器，其中電濾波器決定系統的起振頻率，第一電放大器和第二電放大器為諧振腔提供增益；

第二電放大器輸出的移動相位后的所述第一電信號反饋回電光調制器，構成光電振蕩器結構，調節系統的增益，是OEO起振，起振頻率為f_OEO；

光電振蕩器從功分器耦合輸出，功分器將移動相位后的所述第一電信號分為兩路；

功分器分出的其中一路電信號進入鎖相環電路，分析所述功分器分出的所述其中一路電信號的頻率和相位；

將所述功分器分出的所述其中一路電信號傳輸至環路濾波電路，然后反饋回壓控移相器的輸入端，完成對OEO腔長的控制，用于穩定起振頻率f_OEO；

所述第二光信號與頻率f₁的待檢測超弱頻偏光信號共同輸入至光線合束器，生成合束光信號；

將所述合束光信號傳輸至第二光電探測器，將所述合束光信號轉變為電信號，得到拍頻信號，頻率為f₀-f₁；

所述拍頻信號通過移相器，調節移相器的供電電壓，使輸出的所述拍頻信號以相位輸入至電耦合器；

調節光電振蕩器的起振頻率，當電譜儀上顯示光電振蕩器起振頻率的功率最大時，注入光電振蕩器諧振腔的信號與光電振蕩器起振模式滿足頻率、相位匹配條件，各頻率滿足：|f₁-f₀|＝f_OEO；

獲取待檢測超弱頻偏光信號相對于激光器輸出激光的頻偏信息：f₁＝|f₀-f_OEO|。