[发明专利]偏振敏感的分布式光频域反射扰动传感装置和解调方法

摘要

偏振敏感的分布式光频域反射扰动传感装置和解调方法。装置中采用光频域反射技术和偏振控制及提取技术，包括超窄线宽可调谐激光器模块，偏振产生和偏振分集探测模块，光频和相位监控模块，高速光开关模块，组成大规模长距离光传感网络。解调方法上采用光频非线性及光源相位噪声的抑制和补偿，超分辨分析方法，先进去噪方法以及基于光纤分布式波片模型的琼斯和穆勒矩阵的偏振解算方法实现传感光缆中偏振信息提取。

主权项

一种偏振敏感的分布式光频域反射扰动传感装置，其特征在于该装置包括：可调谐激光器：用于为光频域反射系统提供光源，包括超窄线宽可调谐光纤激光器、外腔式半导体激光器；光源调谐驱动模块：与可调谐激光器连接，为可调谐激光器提供调谐驱动，是一种超低纹波的电压驱动器，由高精度的数模转换器、可编程门阵列、放大器组成；分束比为1：99光分束器：将激光器的出射光进行1：99比例分束，分别分配到光源光频和相位监视模块与核心干涉模块；光源光频和相位监视模块：用于对激光器光频的采集和监控，采用以下两种结构中任一种结构实现，一种结构是消偏振迈克逊干涉仪结构，另一种结构是基于3×3耦合器的马赫曾德尔干涉仪结构；核心干涉模块：是光频域反射仪的核心，由可调保偏衰减器，保偏振分束器、参考臂、测试臂以及保偏耦合器组成；可调保偏衰减器，用于调节光强大小；保偏分束器，将光以50：50、20：80、30：70或40：60的比例分配到干涉仪的参考臂和测试臂，其中比例的选择，根据测试光纤中受激布里渊吸收效应较大时，选择较大的比例20：80或30：70，受激布里渊吸收效应较小时，选择比例为50：50或40：60；参考臂，由相位调制器和45度对准器组成，其中参考臂光纤是保偏光纤，相位调制器以测试的最大拍频值为调制频率值调制，后续将采集信号做高通滤波，能够抑制瑞利散射相干噪声和幻峰，45度对准器将保偏光纤快轴和慢轴45度对轴，保证参考臂快慢轴有等量光强；核心干涉模块的测试臂上连接偏振产生模块中偏振产生器，传感光缆的背向散射光经过高速光开关和偏振产生模块中的环行器进入保偏耦合器的第二端口，核心干涉模块的参考臂光进入保偏耦合器的第一端口，传感光缆的背向散射光与参考臂光在保偏耦合器中发生拍频干涉产生拍频干涉信号，其拍频信号从保偏耦合器的第三端口和第四端口进入偏振分束平衡探测模块；偏振产生模块，包括偏振产生器和环形器，偏振产生器能够产生固定几种偏振态的光包括：线偏光、45度线偏光、左旋圆偏光或右旋圆偏光，为后面算法处理提供已知的参考偏振态；环行器为双轴工作的保偏环行器，其作用是连接偏振产生模块，高速光开关以及核心干涉模块的保偏耦合器，具体连接方式将光由第一端口进入环行器，从第二端口进入高速光开关，与连接的高速光开关的传感光缆的背向散射光通过环行器的第二端口返回，从环行器的第三端口进入核心干涉模块的保偏耦合器的第一端口和第二端口；高速光开关：连接传感光缆，能够实现多路传感光缆的传感，拓展了系统的测试距离，便于形成大规模传感网络；偏振分束平衡探测模块：包括两个偏振分束器以及两个平衡探测器；其中偏振分束器将进入其中的核心干涉模块输出拍频信号分解成偏振本征正交的快慢轴两个分量；其中两个偏振分束器的快轴分量进入第一个平衡探测器，慢轴分量进入第二个平衡探测器；高速采集模块：用于采集偏振分束平衡探测模块的平衡探测器以及光源光频和相位监视模块的干涉信号；计算机，高速采集模块采集的信号进行数据处理，包括光源光频和相位的提取和解调算法以及对于核心干涉模块产生的拍频信号进行解调，为光源调谐驱动模块提供控制信号；传感光缆，由普通通讯光缆或振动传感光缆构成，使用时只使用单芯，布设于围栏、大型结构要扰动监测的位置。