本发明专利技术公开了一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置和方法，包括可调谐激光器、1：99光分束器、调谐信号控制模块、基于辅助干涉仪的光源相位监测系统、主干涉仪系统和计算机。光源相位噪声会严重影响光频域反射方法的空间分辨率和测试距离。本发明专利技术采用基于辅助干涉仪的光源相位噪声监测系统，实时采集光源的相位噪声，并通过相关算法对主干涉仪系统的输出信号进行补偿。该算法的思想是对光源出射光和待测光纤中反射光的相位噪声采取分别补偿的方式，其中待测光纤中反射光的相位噪声补偿是利用菲涅尔变换实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分布式光纤传感仪器
具体涉及一种用于光频域反射方法的 光源相位噪声抑制装置和方法。
技术介绍
在用于光纤通讯网络及其器件测试以及应力、温度、扰动传感等领域的光频域反 射方法(OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry)采用高相干激光器进行高速和 线性波长扫描，利用参考臂上由法拉第反射镜反射的光与单模光纤背向散射光(瑞利反射 光)进行干涉。由于二者的光程不同，干涉端实际上是不同频率的两束光进行干涉，形成拍 频。通过探测不同的拍频信号，就可以探测传感光纤不同位置的背向散射信息。光频域反射方法的关键技术是需要激光器光源提供较大的光频扫描范围，并且光 频在扫描过程中保持高速和线性特性。这是因为在光频域反射方法中的信号处理需要将信 号转换到频域，通常使用快速傅里叶算法(FFT, Fast Fourier transform)实现，而FFT算 法要求自变量采取等间隔采样，由于光频域反射仪的自变量不是时间而是激光器的瞬时光 频率，如果激光器输出光存在相位噪声(包括非线性调谐的寄生相位)，即使采用FFT算法， 由于自变量非等间隔采样，会造成光频域反射计的空间分辨率严重恶化。但是目前常见激 光器一定会存在有相位噪声，
技术实现思路
针对上述现有技术，以消除光源相位噪声对光频域反射方法影响，本专利技术提出一 种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置和方法。为了解决上述技术问题，本专利技术一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置予以 实现的技术方案是包括可调谐激光器、1:99光分束器、调谐信号控制模块、基于辅助干涉 仪的光源相位监测系统、主干涉仪系统和计算机；所述可调谐激光器，用于为系统提供光源，光源采用超窄线宽线性调谐回音壁模 式自注入锁模激光光源，其光频能够实现线性扫描，光源由调谐信号控制模块控制，所述调 谐信号控制模块根据要求产生三角波或锯齿波来驱动可调谐激光器；I 99光分束器，可调谐激光器的出射光由所述1:99光分束器的a端口进入，并以1:99的比例分别从所述1:99光分束器的b端口和c端口分配到基于辅助干涉仪的光相位 监测系统和主干涉仪系统；基于辅助干涉仪的光源相位监测系统采集实时的光源输出光相位信息，其结构 包括隔离器、第一 50 50稱合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜、延迟光纤和探测 器；隔离器用于防止第一 50 50耦合器的b端口的反射光进入可调谐激光器；第一 50 50稱合器用于光干涉,光从第一 50 50稱合器的b端口进入,从第一 50 50耦合器的c端口和d端口出射，分别被基于辅助干涉仪的时钟触发系统的两臂的第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜反射，并返回到第一 50 50耦合器的c端口和d端口，两束 光在第一 50 50 I禹合器中发生干涉,从第一 50 50 I禹合器的a端口输出；第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜基于辅助干涉仪的光源相位监测系统提 供反射，并且能够消除偏振衰落现象；延迟光纤用于实现非等臂的拍频干涉；探测器用于米集第一 50 :50稱合器a端口的出射光；主干涉仪系统包括环行器、50 50分束器，第二 50 50耦合器、参考臂、测试臂、偏 振控制器、待测光纤和平衡探测器以及采集装置；50 :50分束器作用是马赫-泽德干涉仪分 束，光从50 50分束器的a端口进入，经过50 50分束器的b端口进入参考臂的偏振控制 器，经过50 50分束器的c端口进入测试臂的环行器的a端口；参考臂上的偏振控制器调节参考光偏振态，使其在偏振分束时两个正交方向上 光强基本一致；测试臂上的环行器光从环行器的a端口进入，从环行器的c端口进入待测光纤， 而待测光纤的背向散射光从环行器的c端口进入,从环行器的b端口输出；第二 50 50稱合器将参考臂上的参考光与测试臂上背向散射光通过第二 50 50 耦合器的a端口和b端口进入该第二耦合器进行合束，形成拍频干涉并从该第二 50 50耦 合器的c端口和d端口输出；平衡探测器分别接入第二 50 50耦合器的c端口和d端口； 所述平衡探测器用于采集第二 50 50耦合器c端口和d端口的出射光；所述平衡探测器和所述探测器将光信号转换为电信号；采集装置将平衡探测器和 探测器输出的模拟电信号采集到计算机；其中，计算机对采集装置采集的干涉信号进行数 据处理，实现利用基于辅助干涉仪的光源相位监测系统监测的光源相位信息和相位噪声校 正算法对主干涉仪系统的输出信号进行处理。本专利技术一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置的解调方法包括以下步骤第一步，基于辅助干涉仪的光源相位监视系统输出信号A，对信号A进行希尔伯特 变换和相位展开得到辅助干涉仪输出信号的相位变化信号Al ;利用谱分析和微分法估计 出信号Al中相位变化中的线性变化成分，进而得到非线性成分信号A2，对信号A2利用泰勒 级数展开法，得到光源发射的非线性相位，对非线性相位变换为复指数信号A3 ；与此同时，主干涉仪输出信号S，利用希尔伯特变换得到复指数信号SI ；第二步，将信号A3的共轭进行菲涅尔变换得到信号A4 ；与此同时，对信号SI相乘信号A3，去掉光源发射非线性得到信号S2，对信号S2进 行菲涅尔变换得到信号S3 ；第三步，将信号S3与信号A4的共轭相乘即可得到抑制相位噪声后的信号S4。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是本专利技术使得光频域反射装置在采用本方法后对反射点(由于法兰盘连接或跳线末 端)的空间分辨率提高125倍。在IOkm位置的反射点空间分辨率为20cm，在40km处的反 射点空间分辨率为50cm，在80km处反射点空间分辨率为1. 6m。附图说明图1是一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置不意图1中1_可调谐激光器，2-探测器，3-50:50分束器，4-1 :99分束器，5_第一 50:50稱合器,6-调谐信号控制模块,7-延迟光纤,8-第一法拉第转镜,9-第二法拉第转镜， 10-隔离器，11-计算机，12-偏振控制器，13-环形器，14-第二 50:50耦合器，15-待测光纤， 16-平衡探测器，17-采集装置，18-参考臂，19-测试臂，20-主干涉系统，21-基于辅助干涉仪的光源相位监测系统；图2是本专利技术可抑制光源相位噪声的光频域反射装置解调方法步骤框图3是未抑制光源相位噪声的光频域反射装置输出的待测光纤为80km的信号曲线.-^4 ，图4是未抑制光源相位噪声的光频域反射装置输出的待测光纤为80km的信号曲线的在80km处末端APC头跳线的反射点；图5是抑制光源相位噪声的光频域反射装置输出的待测光纤为80km的信号曲线.-^4 ，图6是抑制光源相位噪声的光频域反射装置输出的待测光纤为80km的信号曲线的在IOkm处APC头连接法兰的反射点；图7是抑制光源相位噪声的光频域反射装置输出的待测光纤为 80km的信号曲线的在40km处APC头连接法兰的反射点；图8是抑制光源相位噪声的光频域反射装置输出的待测光纤为80km的信号曲线的在80km处APC头连接法兰的反射点。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。如图1所示，本专利技术为一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置包括可调谐激光器1、1 :99光分束器4、调谐信号控制模块6、基于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置，其特征在于，包括：可调谐激光器（1）、1：99光分束器（4）、调谐信号控制模块（6）、基于辅助干涉仪的光源相位监测系统（21）、主干涉仪系统（20）和计算机（11）；其中：可调谐激光器（1）：用于为系统提供光源，光源采用超窄线宽线性调谐回音壁模式自注入锁模激光光源，其光频能够实现线性扫描，光源由调谐信号控制模块（6）控制，所述调谐信号控制模块（6）根据要求产生三角波或锯齿波来驱动可调谐激光器（1）；1：99光分束器（4）：可调谐激光器（1）的出射光由所述1:99光分束器（4）的a端口进入，并以1：99的比例分别从所述1：99光分束器（4）的b端口和c端口分配到基于辅助干涉仪的光相位监测系统（21）和主干涉仪系统（20）；基于辅助干涉仪的光源相位监测系统（21）：采集实时的光源输出光相位信息，其结构包括隔离器（10）、第一50：50耦合器（5）、第一法拉第旋转镜（8）和第二法拉第旋转镜（9）、延迟光纤（7）和探测器（2）；隔离器（10）用于防止第一50：50耦合器（5）的b端口的反射光进入可调谐激光器（1）；第一50：50耦合器（5）用于光干涉，光从第一50：50耦合器（5）的b端口进入，从第一50：50耦合器（5）的c端口和d端口出射，分别被基于辅助干涉仪的时钟触发系统（21）的两臂的第一法拉第旋转镜（8）和第二法拉第旋转镜（9）反射，并返回到第一50：50耦合器（5）的c端口和d端口，两束光在第一50：50耦合器（5）中发生干涉，从第一50：50耦合器（5）的a端口输出；第一法拉第旋转镜（8）和第二法拉第旋转镜（9）基于辅助干涉仪的光源相位监测系统（21）提供反射，并且能够消除偏振衰落现象；延迟光纤（7）用于实现非等臂的拍频干涉；探测器（2）用于采集第一50：50耦合器（5）a端口的出射光；主干涉仪系统（20）包括环行器（13）、50：50分束器（3），第二50：50耦合器（14）、参考臂（18）、测试臂（19）、偏振控制器（12）、待测光纤（15）和平衡探测器（16）以及采集装置（17）；50：50分束器（3）作用是马赫?泽德干涉仪分束，光从50：50分束器（3）的a端口进入，经过50：50分束器（3）的b端口进入参考臂（18）的偏振控制器（12），经过50：50分束器（3）的c端口进入测试臂（19）的环行器（13）的a端口；参考臂（18）上的偏振控制器（12）：调节参考光偏振态，使其在偏振分束时两个正 交方向上光强基本一致；测试臂（19）上的环行器（13）：光从环行器（13）的a端口进入，从环行器（13）的c端口进入待测光纤（15），而待测光纤（15）的背向散射光从环行器（13）的c端口进入，从环行器（13）的b端口输出；第二50：50耦合器（14）：将参考臂（18）上的参考光与测试臂（19）上背向散射光通过第二50：50耦合器（14）的a端口和b端口进入该第二耦合器（14）进行合束，形成拍频干涉并从该第二50：50耦合器（14）的c端口和d端口输出；平衡探测器（16）分别接入第二50：50耦合器（14）的c端口和d端口；所述平衡探测器（16）用于采集第二50：50耦合器（14）c端口和d端口的出射光；所述平衡探测器（16）和所述探测器（2）将光信号转换为电信号；采集装置（17）将平衡探测器（16）和探测器（2）输出的模拟电信号采集到计算机（11）；其中，计算机（11）对采集装置（17）采集的干涉信号进行数据处理，实现利用基于辅助干涉仪的光源相位监测系统监测的光源相位信息和相位噪声校正算法对主干涉仪系统的输出信号进行处理。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁根，刘琨，丁振扬，江俊峰，杜阳，李定杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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