一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置和解调方法

摘要

本发明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。

主权项

一种可抑制光源相位噪声的光频域反射装置的解调方法，采用如下结构的可抑制光源相位噪声的光频域反射装置，该装置包括：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。其特征在于：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A1；利用谱分析和微分法估计出信号A1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S1；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S1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。