本发明专利技术提供了一种激光器相位噪声消除装置、系统及方法。其中，该装置包括：马赫-曾德尔干涉仪和光纤延迟环，其中，光纤延迟环通过第一光耦合器耦合在马赫-曾德尔干涉仪的参考臂上，光纤延迟环包括串接的声光调制器和预定长度的延迟光纤，其中，预定长度不大于激光器的相干长度。通过本发明专利技术，解决了相关技术中光频域反射仪技术对长距离测量的空间分辨率低的问题，提高了光频域反射仪技术对长距离测量的空间分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤检测领域，具体而言，涉及一种激光器相位噪声消除装置、系统及方法。
技术介绍
近年来，光反射仪技术由于其能够实现分布式测量，吸引了越来越多的关注。主要包括光时域反射仪技术(OpticalTimeDomainReflectometer，简称为OTDR)和光频域反射仪技术(OpticalFrequencyDomainReflectometer，简称为OFDR)。其中OTDR技术由于实现比较简单并且能够实现长距离分布式测量而得到广泛应用。然而，OTDR技术的空间分辨率只能达到米量级，从而限制了它在某些具有高空间分辨率需求领域的应用，例如航天航空领域和建筑物健康监测。相比之下，OFDR技术空间分辨率能够达到厘米量级，但是其探测距离受限于激光器的相干长度。当测量距离超过相干长度时，由于激光器相位噪声的影响，空间分辨率和信噪比会急剧下降。为了消除激光器相位噪声的影响，实现更长的测量范围，国内外学者提出了几种OFDR改进方法。例如，非均匀快速傅里叶变换，能够解决由于激光器相位噪声带来的频域非均匀采样问题，能够实现理论的空间分辨率，但是其测量距离不能超过激光器的相干长度。又例如，相位噪声补偿OFDR技术和基于去斜滤波器的OFDR相位噪声补偿技术，能够实现数十公里上厘米量级空间分辨率分布式测量。但是上述两种方法都是通过软件数据处理实现相位噪声补偿的，需要大量的计算才能获得测量结果，实现复杂。针对相关技术中光频域反射仪技术对长距离测量的空间分辨率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光器相位噪声消除装置、系统及方法，以至少解决相关技术中光频域反射仪技术对长距离测量的空间分辨率低的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种激光器相位噪声消除装置，包括马赫-曾德尔干涉仪，所述相位噪声消除装置还包括：光纤延迟环，其中，所述光纤延迟环通过第一光耦合器耦合在所述马赫-曾德尔干涉仪的参考臂上，所述光纤延迟环包括串接的声光调制器和预定长度的延迟光纤，其中，所述预定长度不大于激光器的相干长度。可选地，所述光纤延迟环还包括：掺铒光纤放大器和光带通滤波器，其中，所述掺铒光纤放大器、所述光带通滤波器、所述声光调制器和所述延迟光纤沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接；或者所述掺铒光纤放大器、所述光带通滤波器、所述延迟光纤和所述声光调制器沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接。可选地，所述光纤延迟环还包括：用于隔离反向光束的隔离器，其中，所述声光调制器、所述延迟光纤和所述隔离器沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接；或者所述延迟光纤、所述声光调制器和所述隔离器沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接。可选地，所述马赫-曾德尔干涉仪包括：所述参考臂、探测臂和第二光耦合器，其中，所述第二光耦合器与所述参考臂的输入端和所述探测臂的输入端连接，用于将外部调制扫频光源装置生成的扫频信号分成参考光束和探测光束，并将所述参考光束送入所述参考臂，将所述探测光束送入所述探测臂；所述探测臂包括环形器，所述环形器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，所述第一端口用于接收所述探测光束并将所述探测光束从所述第二端口送出，所述第二端口用于与待测光纤连接，所述第三端口用于接收由所述待测光纤反射回来的背向散射光束，所述第四端口用于将所述背向散射光束送入第三光耦合器；所述参考臂的输出端与所述第三光耦合器连接，用于将所述参考臂的输出端上的参考光束送入所述第三光耦合器，以使所述参考臂的输出端上的参考光束与所述背向散射光束相干涉。可选地，所述延迟光纤放置在隔音介质中。可选地，所述延迟光纤为长度为10千米的单模光纤。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种激光器相位噪声消除系统，包括上述的激光器相位噪声消除装置、外部调制扫频光源装置和光电探测和数据采集模块，其中，所述外部调制扫频光源装置、所述激光器相位噪声消除装置和所述光电探测和数据采集模块依次连接；所述外部调制扫频光源装置用于生成扫频光束；所述光电探测和数据采集模块用于对所述激光器相位噪声消除装置输出的干涉光束进行处理。可选地，所述光电探测和数据采集模块包括：平衡光电探测器和与所述平衡光电探测器连接的数据采集卡，其中，所述平衡光电探测器用于对所述干涉光束进行光电转换；所述数据采集卡用于将光电转换得到的模拟信号转换为数字信号。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种激光器相位噪声消除方法，包括：将从马赫-曾德尔干涉仪的参考臂上第一光耦合器耦合出的参考光束循环送入光纤延迟环，使得所述参考光束在所述光纤延迟环中的每次传输都经过预定长度的延迟光纤并进行预定频率的频移；将所述参考臂的输出端上的参考光束送入所述第三光耦合器，以使所述参考臂的输出端上的参考光束与所述马赫-曾德尔干涉仪的探测臂输出的背向散射光束相干涉，得到干涉光束；通过光电探测和数据采集模块对所述干涉光束进行处理。通过本专利技术，采用包括马赫-曾德尔干涉仪和光纤延迟环的相位噪声消除装置，其中，光纤延迟环通过第一光耦合器耦合在马赫-曾德尔干涉仪的参考臂上，光纤延迟环包括串接的声光调制器和预定长度的延迟光纤，其中，预定长度不大于激光器的相干长度，解决了相关技术中光频域反射仪技术对长距离测量的空间分辨率低的问题，提高了光频域反射仪技术对长距离测量的空间分辨率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除装置的结构框图；图2是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除原理的示意图一；图3是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除原理的示意图二；图4是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除系统的结构框图；图5是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除方法的流程图；图6是根据本专利技术优选实施例的OFDR系统的结构框图；图7是根据本专利技术优选实施例的补偿前后背向散射信息的测量结果对比图一；图8是根据本专利技术优选实施例的补偿前后背向散射信息的测量结果对比图二；图9是根据本专利技术优选实施例的补偿前后空间分辨率的测量结果对比图。具体实施方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。本实施例提供了一种激光器相位噪声消除装置，图1是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除装置的结构框图，如图1所示，该装置包括马赫-曾德尔干涉仪，此外，该装置还包括：光纤延迟环(OFDL)，其中，光纤延迟环通过第一光耦合器(OC2)耦合在马赫-曾德尔干涉仪的参考臂上，光纤延迟环包括串接的声光调制器(AOM)和预定长度的延迟光纤，其中，预定长度不大于激光器的相干长度。图2是根据本专利技术实施例的激光器相位噪声消除原理的示意图一，如图2所示，基于本专利技术实施例提供的激光器相位噪声消除装置，可以解决针对传统OFDR技术存在的光源相位噪声的问题。设声光调制器(即移频器)的工作频率为fFS，表示声光调制器每次将通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光器相位噪声消除装置，包括马赫‑曾德尔干涉仪，其特征在于，所述相位噪声消除装置还包括：光纤延迟环，其中，所述光纤延迟环通过第一光耦合器耦合在所述马赫‑曾德尔干涉仪的参考臂上，所述光纤延迟环包括串接的声光调制器和预定长度的延迟光纤，其中，所述预定长度不大于激光器的相干长度。
【技术特征摘要】
1.一种激光器相位噪声消除装置，包括马赫-曾德尔干涉仪，其特征在于，所述相位噪声消除装置还包括：光纤延迟环，其中，所述光纤延迟环通过第一光耦合器耦合在所述马赫-曾德尔干涉仪的参考臂上，所述光纤延迟环包括串接的声光调制器和预定长度的延迟光纤，其中，所述预定长度不大于激光器的相干长度。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤延迟环还包括：掺铒光纤放大器和光带通滤波器，其中，所述掺铒光纤放大器、所述光带通滤波器、所述声光调制器和所述延迟光纤沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接；或者所述掺铒光纤放大器、所述光带通滤波器、所述延迟光纤和所述声光调制器沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤延迟环还包括：用于隔离反向光束的隔离器，其中，所述声光调制器、所述延迟光纤和所述隔离器沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接；或者所述延迟光纤、所述声光调制器和所述隔离器沿所述参考臂上的参考光束传播方向依次串接。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述马赫-曾德尔干涉仪包括：所述参考臂、探测臂和第二光耦合器，其中，所述第二光耦合器与所述参考臂的输入端和所述探测臂的输入端连接，用于将外部调制扫频光源装置生成的扫频信号分成参考光束和探测光束，并将所述参考光束送入所述参考臂，将所述探测光束送入所述探测臂；所述探测臂包括环形器，所述环形器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，所述第一端口用于接收所述探测光束并将所述探测光束从所述第二端口送出，所述第二端口用于与待测光纤连接，所述第三端口用于接收由所述待测光纤反射回来的背向散射光束，...
【专利技术属性】
技术研发人员：何祖源，樊昕昱，郭勇，朱松林，印永嘉，刘庆文，马麟，杜江兵，王彬，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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