基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,该系统包括首尾顺次连接的1：1耦合器(2)、环形器(3)、布拉格光纤光栅(4)、抑制载波单边带调制器及EDFA放大器(8)，所述1：1耦合器(2)还连接有激光器(1)；所述抑制载波单边带调制器由顺次连接的I/Q调制器(5)、90°电桥(6)及射频信号发生器(7)组成；同时公开了该系统的扫频方法。本发明专利技术采用反射区间的布拉格光纤光栅,通过抑制载波单边带调制器多次调制，可以使调制多次后的光完全被反射，获得较大的扫频范围，从而突破电子元器件的限制，提高了系统的扫频范围。

Single sideband modulation wideband linear frequency sweeping system and method based on carrier suppression

The invention relates to a single carrier suppression based on wide band modulation linear frequency sweep system, the system includes a 1:1 coupler connected in sequence (2), ring (3), Prague (4), optical fiber grating suppressed carrier single sideband modulator and EDFA amplifier (8), the 1:1 coupler (2) is connected with the laser (1); the I/Q modulator carrier suppressed SSB modulator by sequentially connecting the bridge (5), 90 degrees (6) and RF signal generator (7); also discloses a frequency scanning method of the system. The invention adopts the reflection range of fiber Prague grating, the single sideband suppressed carrier modulator can make multiple modulation, modulation of light is totally reflected many times, obtain the sweep frequency range is larger, thus breaking the electronic components of the limit, improve the sweep range system.

【技术实现步骤摘要】
基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统及方法
本专利技术涉及宽频线性扫频系统，属于光纤传感
，更具体地说，本专利技术涉及一种基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统。
技术介绍
如果光源需要具备频率线性扫描特性，则需要对光源进行调制，以使整个系统可以正常工作。根据调制位置，通常可以分为光源内调制和光源外调制。光源的内调制，就是改变激光器的工作电流、谐振腔长度或温度等，在激光器内部进行调制，使得激光器直接输出具有所需要特性的光。内调制使得光源具有很宽的扫频范围，然而，光源内调制可能会引入非线性扫频的问题。当光源非线性扫频时，会给实际应用带来很多问题，比如在OFDR中，光源非线性扫频会导致同一点处不同时刻产生的背向散射光与本振光相干时无法形成固定的拍频，从而无法由拍频结果得到对应的光纤位置，所以非线性扫频会直接影响OFDR的测量结果。为了克服光源内调制的不足，也可以使用光源的外部调制，即在激光形成以后给光波加载信号以完成调制，具体方法是在激光器外部连接调制器，通过加载电信号来改变其工作特性。当激光器输出激光后，调制器便可以对通过的激光进行调制。外调制并不是通过改变激光器的参数来实现光调制，而是在光波已经产生后对做一些处理来改变它的物理性质。在进行光源外调制时，激光器与调制器是相互分开的，所以调制起来相对简单。但是由于调制器的性能会影响整个调制的质量，所以外调制过程对调制器的要求很高。对一般的调制器，射频信号发生器的扫频范围受限于电子元件，一般只有GHz量级，90°Hybrid移相器移相工作范围受限于电子元件，一般只有GHz量级，所以一般的单边带调制器可调的扫频范围一般为GHz量级，而在某些实验中，提高扫频范围可直接影响实际效果，例如OFDR中，扫频范围的大小直接决定了实验空间分辨率。因此，有必要开发新型的宽带线性扫频技术。
技术实现思路
基于以上技术问题，本专利技术提供了一种基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统，从而解决了以往利用单边带调制得到的一阶边带进行扫频时受电子元件的电子瓶颈限制而扫描范围有限的技术问题；同时本专利技术还公开了上述单边带调制宽频线性扫频系统的扫频方法。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,该系统包括首尾顺次连接的1：1耦合器、环形器、布拉格光纤光栅(即FBG)、抑制载波单边带调制器及EDFA放大器，所述1：1耦合器还连接有激光器；所述抑制载波单边带调制器由顺次连接的I/Q调制器、90°电桥及射频信号发生器组成；所述激光器的输入端和EDFA放大器的输出端分别连接1：1耦合器的两路50％输入端，1：1耦合器的输出端连接环形器的第一输入端，环形器的两个输出端分别连接布拉格光纤光栅的输入端和作为系统信号输出端，布拉格光纤光栅的输出端接I/Q调制器的输入端，I/Q调制器的两个射频信号端接90°电桥输出端的两路正交信号，90°电桥的输入端接射频信号发生器的输出端，I/Q调制器的输出端接EDFA放大器的输入端。所述I/Q调制器的驱动电压低于1V且其单边带抑制比高于25dB。所述布拉格光纤光栅采用反射区间可调的形状为Flat-top型的光纤布拉格光栅，该布拉格光纤光栅的反射率大于99％且消光比大于20dB。所述EDFA放大器可放大的最大增益大于10dB。本专利技术采用反射区间可调的布拉格光纤光栅,通过抑制载波单边带调制器多次调制，可以使调制多次后的光完全被反射，获得较大的扫频范围，从而突破电子元器件的限制，提高了系统的扫频范围。同时，本专利技术还公开了一种基于以上单边带调制宽频线性扫频系统的扫频方法，该方法包括以下步骤：a)根据射频信号发生器可产生的信号范围和最后需要输出的扫频信号的扫频范围，选择带宽合适的布拉格光纤光栅；b)设定EDFA放大器的增益，使增益与环路损耗相同，用于补偿环路上各种器件的损耗；c)激光器稳定输出激光进入单边带调制宽频线性扫频系统；d)激光经过被90°电桥和射频信号发生器驱动的I/Q调制器第一次调制后，激光器输出的单一频率的光变为扫频光；e)经过N次调制后，光信号扫频频率到达布拉格光纤光栅反射区间，经布拉格光纤光栅反射后从环形器的第三输出端口输出，完成扫频；其中，N≥2。在上述方法中，所述环形器的第三输出端口输出频率为f0+Nf1～f0+Nf2，且满足f0+(N-1)f2<f0+Nf1；其中，f0表示激光器的输出频率；f1表示射频信号发生器的起始频率；f2表示射频信号发生器的终止频率。基于以上方法，本专利技术可以将输入光进行多次反射调制后输出，减少电器件的局限，从而扩大扫频范围。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是扫频流程示意图；图中标记：1、激光器；2、1：1耦合器；3、环形器；4、布拉格光纤光栅；5、I/Q调制器；6、90°电桥；7、射频信号发生器；8、EDFA放大器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。如图1所示，一种基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,该系统包括首尾顺次连接的1：1耦合器2、环形器3、布拉格光纤光栅4、抑制载波单边带调制器及EDFA放大器8，所述1：1耦合器2还连接有激光器1；所述抑制载波单边带调制器由顺次连接的I/Q调制器5、90°电桥6及射频信号发生器7组成；所述激光器1的输入端和EDFA放大器8的输出端分别连接1：1耦合器2的两路50％输入端，1：1耦合器2的输出端连接环形器3的第一输入端，环形器3的两个输出端分别连接布拉格光纤光栅4的输入端和作为系统信号输出端，布拉格光纤光栅4的输出端接I/Q调制器5的输入端，I/Q调制器5的两个射频信号端接90°电桥6输出端的两路正交信号，90°电桥6的输入端接射频信号发生器7的输出端，I/Q调制器5的输出端接EDFA放大器8的输入端。所述I/Q调制器5的驱动电压低于1V且其单边带抑制比高于25dB。所述布拉格光纤光栅4采用反射区间可调的形状为Flat-top型的光纤布拉格光栅，该布拉格光纤光栅4的反射率大于99％且消光比大于20dB。所述EDFA放大器8可放大的最大增益大于10dB。激光器1输出光接到1:1耦合器2的50％端，经环形器3第一输入端，从第二输出端口进入布拉格光纤光栅4，不在反射区的光透过布拉格光纤光栅4进入I/Q调制器5，当射频信号发生器7产生连续的扫频信号，经90°电桥6移相后加到I/Q调制器5上，对光信号进行调制，得到载波抑制的单边带扫频信号，扫频范围为Δf；调制后的信号经EDFA放大器8放大到合适功率后再输入到1:1耦合器2的50％端口，经环形器3进行高反射布拉格光栅，再次进行单边带调制，直到调制N次后的信号扫频频率在布拉格光纤光栅4反射区内，经布拉格光纤光栅4反射后由环形器3第三输出端口输出，此时扫频范围为NΔf。所述的激光器1为窄线宽激光器。本实施例的单边带调制宽频线性扫频方法可通过以下方法进行扫频,包括以下步骤：a)根据射频信号发生器7可产生的信号范围和最后需要输出的扫频信号的扫频范围，选择带宽合适的布拉格光纤光栅4；b)设定EDFA放大器8的增益，使增益与环路损耗相同，用于补偿环路上各种器件的损耗；c)激光器1稳定输出激光进入单边带调制宽频线性扫频系统；d)激光经本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,其特征在于，该系统包括首尾顺次连接的1：1耦合器(2)、环形器(3)、布拉格光纤光栅(4)、抑制载波单边带调制器及EDFA放大器(8)，所述1：1耦合器(2)还连接有激光器(1)；所述抑制载波单边带调制器由顺次连接的I/Q调制器(5)、90°电桥(6)及射频信号发生器(7)组成；所述激光器(1)的输入端和EDFA放大器(8)的输出端分别连接1：1耦合器(2)的两路50％输入端，1：1耦合器(2)的输出端连接环形器(3)的第一输入端，环形器(3)的两个输出端分别连接布拉格光纤光栅(4)的输入端和作为系统信号输出端，布拉格光纤光栅(4)的输出端接I/Q调制器(5)的输入端，I/Q调制器(5)的两个射频信号端接90°电桥(6)输出端的两路正交信号，90°电桥(6)的输入端接射频信号发生器(7)的输出端，I/Q调制器(5)的输出端接EDFA放大器(8)的输入端。

【技术特征摘要】
1.基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,其特征在于，该系统包括首尾顺次连接的1：1耦合器(2)、环形器(3)、布拉格光纤光栅(4)、抑制载波单边带调制器及EDFA放大器(8)，所述1：1耦合器(2)还连接有激光器(1)；所述抑制载波单边带调制器由顺次连接的I/Q调制器(5)、90°电桥(6)及射频信号发生器(7)组成；所述激光器(1)的输入端和EDFA放大器(8)的输出端分别连接1：1耦合器(2)的两路50％输入端，1：1耦合器(2)的输出端连接环形器(3)的第一输入端，环形器(3)的两个输出端分别连接布拉格光纤光栅(4)的输入端和作为系统信号输出端，布拉格光纤光栅(4)的输出端接I/Q调制器(5)的输入端，I/Q调制器(5)的两个射频信号端接90°电桥(6)输出端的两路正交信号，90°电桥(6)的输入端接射频信号发生器(7)的输出端，I/Q调制器(5)的输出端接EDFA放大器(8)的输入端。2.根据权利要求1所述的基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,其特征在于，所述I/Q调制器(5)的驱动电压低于1V且其单边带抑制比高于25dB。3.根据权利要求1所述的基于载波抑制的单边带调制宽频线性扫频系统,其特征在于，所述布拉格光纤光栅(4)采用反射区间可调的形状为Flat-top型的光纤布拉格光栅，该布...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子南，谢联莲，熊吉，饶云江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51