一种光波移频调制的光频域反射计制造技术

本发明专利技术公开了一种光波移频调制的光频域反射计，包括窄线宽扫描激光器、第一光纤耦合器、光环行器、待测光纤、光波移频器、第二光纤耦合器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第三光纤耦合器、第一法拉第旋转反射镜、第二法拉第旋转反射镜、参考光纤干涉仪、光电探测器、信号采集处理单元，通过对测量光、参考光进行移频调制，将关于零时延对称的待测光纤散射信号光同本振光叠加产生的干涉信号在频谱上分开。本发明专利技术公开的一种光波移频调制的光频率反射计，抑制了关于零延时对称的待测光纤散射信号光的干涉信号之间的相互干扰，同时实现对关于零时延对称的散射信号光的测量，提高了最大测量光纤长度。

A light frequency shift modulation optical frequency domain reflectometer

The present invention discloses a kind of optical frequency domain reflection frequency shift modulation, including narrow linewidth laser scanning, the first optical fiber coupler, optical circulator, the optical fiber to be measured, optical frequency shifter, the first second optical fiber coupler, polarization beam splitter, second polarization beam splitter, the first photoelectric detector, second balance balance detector the first and third optical fiber coupler, Faraday rotation mirror, second Faraday rotation mirror, reference instrument, photoelectric detector, signal acquisition and processing unit based on the measurement of the optical fiber interferometer, and the reference light shift frequency modulation interference signal on the zero time delay symmetric measured fiber light scattering signal with the vibration caused by the superposition of separate light on the spectrum. The frequency of light reflection of a light wave is disclosed for frequency shift modulation, suppression of interference between the symmetric about zero delay measured fiber light scattering signal interference signal, and realize the measurement of the light scattering signal of zero symmetric delay, improve the maximum fiber length measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种光波移频调制的光频域反射计
本专利技术涉及一种光频域反射计，特别涉及一种光波移频调制的光频域反射计。
技术介绍
光频域反射计是光纤传感测量和光纤器件测量的重要手段；通过光频域反射计测量沿光纤的后向瑞利散射、光纤光栅的后向反射，可以实现光纤温度、应变、振动等的分布式测量或多点测量；通过光频域反射计测量光纤的后向瑞利散射、光器件的背向反射，可以实现对光纤及光器件的损耗、色散、偏振等多种参数的测量。针对光纤传感测量应用，典型的光频域反射计的方案(参见“Highresolutionopticalfrequencydomainreflectometryforcharacterizationofcomponentsandassemblies”，OpticsExpress，January2005，Vol.13，No.2)，包括窄线宽扫描激光器、光纤耦合器、待测光纤、偏振控制器、偏振分束器、参考光纤干涉仪、光电探测器、模数转换器、信号处理单元。待测光纤不同位置的散射信号光同本振光之间具有不同的时延td；当窄线宽扫描激光器的频率变化时，不同位置的散射信号光同本振光之间叠加产生不同频率ftd的干涉信号；通过干涉信号的频率，可以确定散射信号光对应的时延td和光纤位置Ld，从而实现对光纤的分布式测量。信号处理流程为如下：对散射信号光和本振光叠加产生的s偏振分量干涉信号进行傅里叶变换；对傅里叶变换获得的频谱加中心为ftd的窗函数滤波获得待测光纤Ltd位置的散射信号光对应的频谱信号；对滤波后的频谱信号进行反傅里叶变换获得待测光纤Ltd位置的散射信号光的s偏振分量的光谱信息。对散射信号光和本振光叠加产生的p偏振分量干涉信号进行傅里叶变换，对傅里叶变换获得的频谱加中心为ftd的窗函数滤波获得待测光纤Ltd位置的散射信号光对应的频谱信号，对滤波后的频谱信号进行反傅里叶变换获得待测光纤Ltd位置的散射信号光的p偏振分量的光谱信息。对s偏振分量、p偏振分量的光谱信息进行矢量叠加，获得偏振无关的散射信号光的光谱。测量的散射信号光光谱和初始状态进行相关运算，解算出散射信号光光谱的波长变化。根据散射信号光光谱的波长变化同温度、应变之间的关系，获得待测光纤的温度或应变。当散射信号光和本振光之间的时延为td、-td时，信号光和本振光之间的干涉信号的频率相同，从而存在相对零时延对称的散射信号光的干涉信号之间相互干扰的问题。现有的方法通过抑制时延为td的干涉信号、测量时延为-td的干涉信号，或者抑制时延为-td的干涉信号、测量试验为td的干涉信号；一方面增加了对光路长度控制的难度，另一方面减小了能够测量的最大光纤长度。现有的增加测量长度的方法，集中在突破激光器相干长度对最大测量光纤长度的限制，通过参考光纤干涉仪实时测量激光器相位噪声并对干涉信号进行数字化补偿，增加了测量距离；但是仍然没有解决时延为td、-td的散射信号光的干涉信号相互干扰的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有光频域反射计，相对零时延对称的散射信号光的干涉信号存在相互干扰的问题；提出了一种光学移频调制的光频率反射计，通过光波移频调制，抑制了关于零延时对称的散射信号光的干涉信号之间的相互干扰，降低了光路调整的难度，同时提高了最大测量光纤长度。本专利技术的技术解决方案是：一种光波移频调制的光频域反射计，包括：窄线宽扫描激光器、光环行器、第一光波移频器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、参考光纤干涉仪、光电探测器、模数转换器、信号处理单元；窄线宽扫描激光器的输出光经过第一光纤耦合器后分成三路；第一光纤耦合器的第一路输出光经过光环行器的输入端口、双向传输端口后输入待测光纤，待测光纤的后向散射信号光经过光环行器的双向传输端口、后向传输端口输入第二光纤耦合器的第一输入端口；第一光纤耦合器的第二路输出光输入第一光波移频器，第一光波移频器输出的移频调制光输入第二光纤耦合器的第二输入端口；第一光纤耦合器的第三路输出光输入参考光纤干涉仪；第二光纤耦合器的第一路输出光经过第一偏振分束器，分开成s、p偏振分量；第二光纤耦合器的第二路输出光经过第二偏振分束器，分开成s、p偏振分量；第一偏振分束器输出的s偏振分量和第二偏振分束器输出的s偏振分量输入第一平衡光电探测器；第一偏振分束器输出的p偏振分量和第二偏振分束器输出的p偏振分量输入第二平衡光电探测器；参考光纤干涉仪的输出光输入光电探测器；第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、光电探测器的输出信号输入模数转换器进行模数转换；信号处理单元接收模数转换器转换后的信号并通过数字信号处理完成信号的解调。所述参考光纤干涉仪包括第三光纤耦合器、延时光纤、第一法拉第旋转反射镜、第二法拉第旋转反射镜；第三光纤耦合器的第一端口作为参考光纤干涉仪的输入端口，第二端口作为参考光纤干涉仪的输出端口，第三端口与第一法拉第旋转反射镜连接，第四端口与延时光纤的第一端口连接；延时光纤的第二端口与第二法拉第旋转反射镜连接。所述待测光纤输出的散射信号光和第一光波移频器输出的经过移频调制的本振光在第二光纤耦合器叠加产生移频调制的干涉信号，光波移频器将相对零时延对称的时延分别为td、-td的散射信号光和本振光之间产生的干涉信号的频率分开为fm-ftd、fm+ftd，其中，fm为移频调制的频率，ftd为时延为td的散射信号光和光波移频器断开时的本振光之间的干涉信号的频率。还包括第二光波移频器，第二光波移频器分别与第一光纤耦合器第一路输出光的输出端口及光环行器的输入端口相连。所述第一光波移频器对第一光纤耦合器的第二路输出光进行移频调制、第二光波移频器对第一光纤耦合器的第一路输出光进行移频调制，两路移频调制的频率差为fm。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术公开的一种光波移频调制的光频域反射计，通过光波移频调制将相对零时延对称的散射信号光和本振光之间产生的干涉信号的频率分开，实现了相对零时延对称的散射信号光的同时检测，提高了能够测量的最大光纤长度。(2)本专利技术公开的一种光波移频调制的光频域反射计，抑制了关于零时延对称的散射信号光的干涉信号之间的相互干扰，不需要精确控制零时延点的位置，降低了光路长度控制的难度。(3)本专利技术公开的一种光波移频调制的光频域反射计，通过光波移频调制提高了散射信号光和本振光之间的干涉信号的频率，减小了低频环境干扰噪声对信号检测的影响。附图说明图1为本专利技术的光波移频调制器的光频域反射计的一种结构示意图；图2为本专利技术的光波移频调制器的光频域反射计的另一种结构示意图；图3为移频调制后的散射信号光的干涉信号频率示意图。具体实施方式本专利技术公开的一种光波移频调制的光频域反射计，如图1所示，光波移频调制的光频域反射计包括窄线宽扫描激光器1、第一光纤耦合器21、光环行器3、第一光波移频器51、第二光纤耦合器22、第一偏振分束器61、第二偏振分束器62、第一平衡光电探测器71、第二平衡光电探测器72、第三光纤耦合器23、第一法拉第旋转反射镜91、第二法拉第旋转反射镜92、延时光纤10、光电探测器8、模数转换器12、信号处理单元13；窄线宽扫描激光器1的输出光经过第一光纤耦合器21后分成三路；第一光纤耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波移频调制的光频域反射计，其特征在于，包括：窄线宽扫描激光器(1)、光环行器(3)、第一光波移频器(51)、第一光纤耦合器(21)、第二光纤耦合器(22)、第一偏振分束器(61)、第二偏振分束器(62)、第一平衡光电探测器(71)、第二平衡光电探测器(72)、参考光纤干涉仪(11)、光电探测器(8)、模数转换器(12)、信号处理单元(13)；窄线宽扫描激光器(1)的输出光经过第一光纤耦合器(21)后分成三路；第一光纤耦合器(21)的第一路输出光经过光环行器(3)的输入端口、双向传输端口后输入待测光纤(4)，待测光纤(4)的后向散射信号光经过光环行器(3)的双向传输端口、后向传输端口输入第二光纤耦合器(22)的第一输入端口；第一光纤耦合器(21)的第二路输出光输入第一光波移频器(51)，第一光波移频器(51)输出的移频调制光输入第二光纤耦合器(22)的第二输入端口；第一光纤耦合器(21)的第三路输出光输入参考光纤干涉仪(11)；第二光纤耦合器(22)的第一路输出光经过第一偏振分束器(61)，分开成s、p偏振分量；第二光纤耦合器(22)的第二路输出光经过第二偏振分束器(62)，分开成s、p偏振分量；第一偏振分束器(61)输出的s偏振分量和第二偏振分束器(62)输出的s偏振分量输入第一平衡光电探测器(71)；第一偏振分束器(61)输出的p偏振分量和第二偏振分束器(62)输出的p偏振分量输入第二平衡光电探测器(72)；参考光纤干涉仪(11)的输出光输入光电探测器(8)；第一平衡光电探测器(71)、第二平衡光电探测器(72)、光电探测器(8)的输出信号输入模数转换器(12)进行模数转换；信号处理单元(13)接收模数转换器(12)转换后的信号并通过数字信号处理完成信号的解调。...

【技术特征摘要】
1.一种光波移频调制的光频域反射计，其特征在于，包括：窄线宽扫描激光器(1)、光环行器(3)、第一光波移频器(51)、第一光纤耦合器(21)、第二光纤耦合器(22)、第一偏振分束器(61)、第二偏振分束器(62)、第一平衡光电探测器(71)、第二平衡光电探测器(72)、参考光纤干涉仪(11)、光电探测器(8)、模数转换器(12)、信号处理单元(13)；窄线宽扫描激光器(1)的输出光经过第一光纤耦合器(21)后分成三路；第一光纤耦合器(21)的第一路输出光经过光环行器(3)的输入端口、双向传输端口后输入待测光纤(4)，待测光纤(4)的后向散射信号光经过光环行器(3)的双向传输端口、后向传输端口输入第二光纤耦合器(22)的第一输入端口；第一光纤耦合器(21)的第二路输出光输入第一光波移频器(51)，第一光波移频器(51)输出的移频调制光输入第二光纤耦合器(22)的第二输入端口；第一光纤耦合器(21)的第三路输出光输入参考光纤干涉仪(11)；第二光纤耦合器(22)的第一路输出光经过第一偏振分束器(61)，分开成s、p偏振分量；第二光纤耦合器(22)的第二路输出光经过第二偏振分束器(62)，分开成s、p偏振分量；第一偏振分束器(61)输出的s偏振分量和第二偏振分束器(62)输出的s偏振分量输入第一平衡光电探测器(71)；第一偏振分束器(61)输出的p偏振分量和第二偏振分束器(62)输出的p偏振分量输入第二平衡光电探测器(72)；参考光纤干涉仪(11)的输出光输入光电探测器(8)；第一平衡光电探测器(71)、第二平衡光电探测器(72)、光电探测器(8)的输出信号输入模数转换器(12)进行模数转换；信号处理单元(13)接...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐才杰，王学锋，江淮，蓝天，罗明明，卞贺明，崔留住，李保勇，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11