[发明专利]一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置和解调方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式光纤传感仪器技术领域。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。

背景技术

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，

发明内容

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，本发明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，本发明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；

1：99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耦合器、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耦合器用于光干涉，光从第一50：50耦合器的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耦合器中发生干涉，从第一50：50耦合器的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；

探测器用于采集第一50：50耦合器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耦合器：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。