一种窄线宽激光的宽范围扫频技术制造技术

本发明专利技术涉及一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，采用闭环反馈光锁相式激光扫频方法，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法通过DFB‑LD发出的扫频光信号经过非平衡马赫‑曾德光纤干涉仪获得中频拍频信号，将其与同频的低相噪参考信号比较，获得激光扫频非线性和相位噪声的误差信号，用于反馈控制激光驱动电流，所述闭环反馈光锁相式激光扫频通过闭环校正激光扫频和相位噪声，实现拍频信号与参考信号的相位锁定，从而获得相噪得到有效抑制的线性扫频光信号。本窄线宽激光的宽范围扫频技术提出闭环反馈光锁相式激光扫频方法，实现了窄线宽激光的宽范围扫频，有效校正了扫频非线性、压缩了激光线宽、减低了激光相噪，提高了设备的测量距离、分辨率和灵敏度。

A wide range frequency sweep technique for narrow linewidth laser

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽激光的宽范围扫频技术
本专利技术涉及激光扫频
，具体为一种窄线宽激光的宽范围扫频技术。
技术介绍
激光线宽和扫频范围分别决定OFDR可测的距离范围和定位精度，目前的激光扫频可分为两类：其一、激光内调制扫频，通过调谐激光谐振腔参数实现激光扫频，这种扫频方式面临的主要技术瓶颈是：激光线宽与扫频范围互相制约，窄线宽激光的谐振腔较长或者复合腔，选模机制复杂，导致扫频范围受限，定位精度限于厘米量级；反之，可支持大范围扫频的短腔或单腔激光器的线宽却较宽，测量距离限于百米量级，因此，基于内调制扫频的OFDR，不能在测量距离和定位精度上兼得；其二，激光外调制扫频，通过外接光频调制器，实现光频扫描，这种方法面临的技术瓶颈是扫频范围受限于微波驱动信号的扫频范围和光调制器的带宽，目前的器件水平所能支持的扫频范围不超过10GHz，对应的OFDR定位精度限于厘米量级，外调制方式的优点是激光相干性好，可支持长的测量距离。半导体激光器以其体积小、频率控制方便、价格低、稳定可靠等优越性，成为现代光电设备的首选光源，通常的分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)，改变驱动电流即可实现60GHz左右的、调谐速度毫秒级的频率调制范围，而通过改变管芯温度，可实现200GHz左右的频率调谐，但调谐速度缓慢，只能到秒量级，因此，在OFDR中采用DFB-LD为光源，可实现亚毫米及毫米量级的距离分辨率，然而，面临着两个严重问题：其一、DFB-LD的激光线宽只能达到数百KHz-MHz量级，相干性差、光相位噪声大，将导致OFDR的信噪比和测量距离非常有限，仅能达到数十数百米；其二、DFB-LD的输出频率与驱动电流和管芯温度的关系曲线呈现为非线性，基于驱动电流和温度控制的频率扫描非线性研制，将导致OFDR距离分辨率恶化。如何实现宽范围扫频的窄线宽激光是当前OFDR研究中面临的主要技术难题。针对该问题提出一种窄线宽激光的宽范围扫频技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，以解决上述
技术介绍
中提出的DFB-LD的激光线宽只能达到数百KHz-MHz量级，相干性差、光相位噪声大，将导致OFDR的信噪比和测量距离非常有限，仅能达到数十数百米；其二、DFB-LD的输出频率与驱动电流和管芯温度的关系曲线呈现为非线性，基于驱动电流和温度控制的频率扫描非线性研制，将导致OFDR距离分辨率恶化的问题。一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，采用闭环反馈光锁相式激光扫频方法。优选的，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法通过DFB-LD发出的扫频光信号经过非平衡马赫-曾德光纤干涉仪获得中频拍频信号，将其与同频的低相噪参考信号比较，获得激光扫频非线性和相位噪声的误差信号，用于反馈控制激光驱动电流。优选的，所述闭环反馈光锁相式激光扫频通过闭环校正激光扫频和相位噪声，实现拍频信号与参考信号的相位锁定，从而获得相噪得到有效抑制的线性扫频光信号。优选的，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法对比闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱，对闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱进行数据对比。优选的，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法还对比闭环锁相与开环情况下，拍频信号相位随时间的变化。优选的，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法还对比锁相扫频与未锁相扫频的OFDR测试结果。优选的，所述光纤光栅传感系统主要由光纤光栅信号处理器、信号传输系统和光纤光栅传感器组成。光纤光栅传感器获取物理变化量，以光波长为载体，通过光纤传输系统传至信号处理器，由信号处理器对光光纤传感网络中最常用最直接的技术，在发射端多个信号分辨调制各自的光信号，然后将各个信号复用在同一根信号进行处理分析，获取物理变化量数据。如下图所示。波分复用技术WDM是光纤中传输，最后在接收端对复用信道解复用，取出各通道的光信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本窄线宽激光的宽范围扫频技术，提出闭环反馈光锁相式激光扫频方法，实现了窄线宽激光的宽范围扫频，有效校正了扫频非线性、压缩了激光线宽、减低了激光相噪，提高了设备的测量距离、分辨率和灵敏度，经过带宽约700KHz的闭环锁相，激光线宽得到有效压缩、相噪得到有效抑制，激光器的相干性得到明显改善，经过锁相OFDR的距离分辨率、测量距离以及信号信噪比得到明显提高，不仅扫频非线性、而且拍频信号的相位均得到有效抑制。附图说明图1为本专利技术闭环反馈光锁相式激光扫频原理图；图2为本专利技术功率谱图；图3为本专利技术功率频谱图；图4为本专利技术拍频信号相位随时间的变化图；图5为本专利技术锁相与未锁相扫频OFDR测试结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，采用闭环反馈光锁相式激光扫频方法，提出闭环反馈光锁相式激光扫频方法(如图1所示)，可实现窄线宽激光的宽范围扫频，提升OFDR的距离范围和定位精度，DFB-LD发出的扫频光信号经过非平衡马赫-曾德光纤干涉仪获得中频拍频信号，将其与同频的低相噪参考信号比较，获得激光扫频非线性和相位噪声的误差信号，用于反馈控制激光驱动电流，闭环校正激光扫频和相位噪声，实现拍频信号与参考信号的相位锁定，从而获得相噪得到有效抑制的线性扫频光信号，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法对比闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱，对闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱进行数据对比，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法还对比闭环锁相与开环情况下，拍频信号相位(对应光扫频频率)随时间的变化，所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法还对比锁相扫频与未锁相扫频的OFDR测试结果，提出闭环反馈光锁相式激光扫频方法，实现了窄线宽激光的宽范围扫频，有效校正了扫频非线性、压缩了激光线宽、减低了激光相噪，提高了设备的测量距离、分辨率和灵敏度。图2为闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱，图2中的a和b是在谱范围(span)为5MHz、谱分辨率(RBW)为100HZ、垂直刻度为10dB/格的测试条件下的功率谱；图3是在谱范围(span)为100KHz、谱分辨率(RBW)为50HZ、垂直刻度为10dB/格的测试条件下的功率频谱和激光的相位噪声谱，该结果可知，经过带宽约700KHz的闭环锁相，激光线宽得到有效压缩、相噪得到有效抑制，激光器的相干性得到明显改善。图4为闭环锁相与开环情况下，拍频信号相位(对应光扫频频率)随时间的变化，在开环情况下的信号相位随时间的变化，可见，扫频非线性严重，在闭环情况下的信号相位随时间的变化，可见，不仅扫频非线性、而且拍频信号的相位均得到有效抑制。图5为锁相扫频与未锁相扫频的OFDR测试结果比较，可见，经过锁相OFDR的距离分辨率、测量距离以及信号信噪比得到明显提高，光纤光栅传感系统主要由光纤光栅信号处理器、信号传输系统和光纤光栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，其特征在于，采用闭环反馈光锁相式激光扫频方法。/n

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，其特征在于，采用闭环反馈光锁相式激光扫频方法。


2.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，其特征在于：所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法通过DFB-LD发出的扫频光信号经过非平衡马赫-曾德光纤干涉仪获得中频拍频信号，将其与同频的低相噪参考信号比较，获得激光扫频非线性和相位噪声的误差信号，用于反馈控制激光驱动电流。


3.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，其特征在于：所述闭环反馈光锁相式激光扫频通过闭环校正激光扫频和相位噪声，实现拍频信号与参考信号的相位锁定，从而获得相噪得到有效抑制的线性扫频光信号。


4.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光的宽范围扫频技术，其特征在于：所述闭环反馈光锁相式激光扫频方法对比闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱，对闭环锁相与开环情况下的拍频信号频谱进行数据对比。
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊，
申请(专利权)人：江苏骏龙光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32