本发明专利技术公开了一种基于相推法的光器件时延测量方法，预先根据测量需求确定扫频频率范围并在其中选取多个扫频频点；在每一个扫频频点，用该频率的微波调制信号对光载波进行调制，并通过鉴相器测量出调制光信号经过待测光器件前后微波调制信号的相位变化；对所测得的一系列相位变化进行相位展开，并利用相位展开所得到的各扫频频点的展开相位计算出最大扫频频点的整周模糊度，最后根据所述最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延。本发明专利技术还公开了一种基于相推法的光器件时延测量装置。本发明专利技术可大幅度减少扫描频点数，从而提高测量效率并减少环境误差对测量的影响。
A time delay measurement method and device for optical devices based on phase extrapolation
【技术实现步骤摘要】
一种基于相推法的光器件时延测量方法及装置
本专利技术涉及一种光器件时延测量方法，尤其涉及一种基于相推法的光器件时延测量方法及装置。
技术介绍
常用的光器件时延测量方法主要有脉冲法、频率扫描干涉法和相推法三种。脉冲法通过观测发射光脉冲与接收光脉冲的时间间隔计算出被测光器件的时延，由于光器件色散会对光脉冲进行展宽，恶化测量精度，因此脉冲法不适合对长光纤等色散量较大的光器件进行精确测量。此外，窄脉冲的频谱范围较宽，在测量通带范围较小的光器件时，无法全部通过，进而恶化测量精度(例如：超密集波分复用器、光控时延芯片等)。脉冲法存在着许多不可避免的误差，如仪器分辨力误差、光器件色散误差等。因此脉冲法的测量精度只是米量级，且随着光器件时延的增加，测量误差也随着增大。频率扫描干涉法需要使用连续扫频激光器，价格昂贵，而且受限于这种激光器的线宽跟扫频线性度，其测量范围较小，一般为公里(10微秒)量级，而且测量精度随着光器件时延的增大而明显减小。此外，频率扫描干涉法本质上是以大带宽换取高测量精度，所以在测量通带范围小的光器件时，测量精度会下降。相推法由于使用相位变化来推算光器件时延，精度较高，且可以规避大时延量恶化精度的问题。但是现有相推法在测量大时延的时候，需要精细的频率扫描，扫描频点数激增，测量时间大大加长，容易引入环境误差。传统相推法使用光矢量分析仪测量光器件的相位响应，进而算出光器件时延响应。然而较高的时延测量精度需要极宽的扫频范围，对测量仪器要求较高，价格昂贵，且容易受到色散的影响。为克服这一问题，2019年李树鹏等人(S.P.Li,X.C.Wang,T.Qing,S.F.Liu,J.B.Fu,M.Xue,S.L.Pan,"OpticalFiberTransferDelayMeasurementBasedonPhase-DerivedRanging,"IEEEPhotonicsTechnologyLetters,vol.31,no.16,pp.1351-1354,Aug.2019.)提出的基于相推法的高精度光纤时延测量系统，通过对窄线宽光源进行外调制，调制后的光信号通过环形器进入被测光纤，反射光经过光电转换之后通过鉴相器得到调制信号在待测光纤中经历的相位变化，再以固定的频率间隔在较小的一段频率范围内对调制信号进行线性扫频，得到一系列的相位变化，并由此推算出光纤时延。由于扫频范围小，不仅降低了对器件的要求，避免了色散的影响而且适用于测量通带范围小的光器件，可测光器件的种类范围较大。但是由于扫频的频率间隔决定了能测量的光器件时延，所以测量大时延的时候，需要较小的频率间隔，而频率范围不变，那么扫描的频点数就会激增，所需要的测量时间随之增长，不仅测量效率低，还会引入环境误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有相推法光器件时延测量技术的不足，提供一种基于相推法的光器件时延测量方法，可大幅度减少扫描频点数，从而提高测量效率并减少环境误差对测量的影响。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于相推法的光器件时延测量方法，预先根据测量需求确定扫频频率范围并在其中选取多个扫频频点；在每一个扫频频点，用该频率的微波调制信号对光载波进行调制，并通过鉴相器测量出调制光信号经过待测光器件前后微波调制信号的相位变化；对所测得的一系列相位变化进行相位展开，并利用相位展开所得到的各扫频频点的展开相位计算出最大扫频频点的整周模糊度，最后根据所述最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延；所选取的最小扫频频点频率ωa、最大扫频频点频率ωb、扫频频点数量m以及各扫频频点的频率ωi具体如下：其中，Δθ为所述鉴相器的相位精度，Δτ为时延测量目标精度，τ0为测量系统的时延，τmax为最大可测时延，λ为取值范围为(0,1]的修正系数。优选地，所述相位展开的方法具体如下：扫频频点ω2的展开相位φ(ω2)通过经典相位展开算法得到，其余扫频频点的展开相位通过下式得到：其中，[…]为取整符号，表示对其中的数据进行“四舍五入”取整。优选地，最大扫频频点的整周模糊度Nb按照下式得到：其中，[…]为取整符号，表示对其中的数据进行“四舍五入”取整。优选地，所述修正系数λ的取值范围为[0.80,0.99]。优选地，所述根据最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件时延，具体根据以下公式：其中，τD为待测光器件的时延，Nb为最大扫频频点的整周模糊度。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：一种基于相推法的光器件时延测量装置，包括：频点确定单元，用于预先根据测量需求确定扫频频率范围并在其中选取多个扫频频点；相位测量单元，用于在每一个扫频频点，用该频率的微波调制信号对光载波进行调制，并通过鉴相器测量出调制光信号经过待测光器件前后微波调制信号的相位变化；解算单元，用于对所测得的一系列相位变化进行相位展开，并利用相位展开所得到的各扫频频点的展开相位计算出最大扫频频点的整周模糊度，最后根据所述最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延；频点确定单元所选取的最小扫频频点频率ωa、最大扫频频点频率ωb、扫频频点数量m以及各扫频频点的频率ωi具体如下：其中，Δθ为所述鉴相器的相位精度，Δτ为时延测量目标精度，τ0为测量系统的时延，τmax为最大可测时延，λ为取值范围为(0,1]的修正系数。优选地，所述相位展开的方法具体如下：扫频频点ω2的展开相位φ(ω2)通过经典相位展开算法得到，其余扫频频点的展开相位通过下式得到：其中，[…]为取整符号，表示对其中的数据进行“四舍五入”取整。优选地，最大扫频频点的整周模糊度Nb按照下式得到：其中，[…]为取整符号，表示对其中的数据进行“四舍五入”取整。优选地，所述修正系数λ的取值范围为[0.80,0.99]。优选地，所述根据最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延，具体根据以下公式：其中，τD为待测光器件的时延，Nb为最大扫频频点的整周模糊度。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术对现有基于相推法的高精度光器件时延测量技术进行改进，采用非线性扫频，频率间隔按照指数级递增，在相同的扫描范围内，相比于现有的线性扫频方式，本方法需要扫描的频点数较少，扫描时间大大减少；此外，由于扫描频点大幅减少，对微波扫频源的要求也大幅降低，同时减少了环境误差的引入，提高了测量精度。具体实施方式针对现有基于相推法的高精度光器件时延测量技术由于扫描频点数过多所导致的测量效率低且易引入环境噪声的不足，本专利技术的解决思路是摈弃传统的线性扫描方式，转而采用非线性扫频，频率间隔按照指数级递增。这样，在相同的扫描范围内，需要扫描的频点数和扫描时间大大减少；此外，由于扫描频点大幅减少，对微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相推法的光器件时延测量方法，预先根据测量需求确定扫频频率范围并在其中选取多个扫频频点；在每一个扫频频点，用该频率的微波调制信号对光载波进行调制，并通过鉴相器测量出调制光信号经过待测光器件前后微波调制信号的相位变化；对所测得的一系列相位变化进行相位展开，并利用相位展开所得到的各扫频频点的展开相位计算出最大扫频频点的整周模糊度，最后根据所述最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延；其特征在于，所选取的最小扫频频点频率ω
【技术特征摘要】
1.一种基于相推法的光器件时延测量方法，预先根据测量需求确定扫频频率范围并在其中选取多个扫频频点；在每一个扫频频点，用该频率的微波调制信号对光载波进行调制，并通过鉴相器测量出调制光信号经过待测光器件前后微波调制信号的相位变化；对所测得的一系列相位变化进行相位展开，并利用相位展开所得到的各扫频频点的展开相位计算出最大扫频频点的整周模糊度，最后根据所述最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延；其特征在于，所选取的最小扫频频点频率ωa、最大扫频频点频率ωb、扫频频点数量m以及各扫频频点的频率ωi具体如下：
其中，Δθ为所述鉴相器的相位精度，Δτ为时延测量目标精度，τ0为测量系统的时延，τmax为最大可测时延，λ为取值范围为(0,1]的修正系数。
2.如权利要求1所述光器件时延测量方法，其特征在于，所述相位展开的方法具体如下：
扫频频点ω2的展开相位φ(ω2)通过经典相位展开算法得到，其余扫频频点的展开相位通过下式得到：
其中，[…]为取整符号，表示对其中的数据进行“四舍五入”取整。
3.如权利要求1所述光器件时延测量方法，其特征在于，最大扫频频点的整周模糊度Nb按照下式得到：
其中，[…]为取整符号，表示对其中的数据进行“四舍五入”取整。
4.如权利要求1所述光器件时延测量方法，其特征在于，所述修正系数λ的取值范围为[0.80,0.99]。
5.如权利要求1所述光器件时延测量方法，其特征在于，所述根据最大扫频频点的整周模糊度计算出待测光器件的时延，具体根据以下公式：
其中，τD为待测光器件的时延，Nb为最大扫频频点的整周模糊度。
6.一种基于相推法的光器件时延测量装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘时龙，李树鹏，卿婷，傅剑斌，潘万胜，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，苏州六幺四信息科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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