[实用新型]一种基于高阶边带扫频调制的高空间分辨率光频域反射计系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电光调制、分布式光纤传感、光学反射计等技术领域，特别是涉及一种基于高阶边带扫频调制的高空间分辨率光频域反射计系统。

背景技术

光纤通信由于其具有的传输频带宽、损耗小等特性，自20世纪70年代以来发展迅猛，我国于90年代初期进行的大规模商用光纤通信系统建设。光纤传感技术是伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输，材料来源丰富，无辐射，难于窃听。通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。

目前光纤通信系统已成为承载巨大信息容量的光缆传输网。为保证安全通畅，需要有能够准确测量光纤传输特性的仪器。光学反射计是光纤链路状态监测和维护的非常重要的手段。目前使用较多的是光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometer，OTDR)。OTDR是利用背向散射光来测量光纤的传播特性。光源发出一束光脉冲射入光纤，会在光纤中发生后向散射。待测光纤中的某些参数会在散射过程中调制到脉冲光上，因此利用OTDR技术，系统就可以通过测定后向散射光强随时间的变化关系来检测光纤参数的分布情况，从而确定光纤的长度和每一处的参数分布信息。OTDR是通过分析后向散射光的时间差和光程差进行检测。它的空间分辨率的提高需要缩短光源脉冲宽度和增大接收机带宽，而缩短光源的脉冲宽度意味着信号能量的减小，并且系统噪声正比于接收机带宽，因此增大接收机带宽意味着系统动态范围和信噪比的减小，所以OTDR系统的分辨率与信噪比、动态范围、测量时间之间存在着矛盾，它的空间分辨率往往只能达到米的量级。为了解决这个问题，其他的时域反射方法也在不断地研究中。如伪随机探测信号的相关检测、互补格雷码检测等。

为了提高空间分辨率和测量敏感度等性能，背向散射法被应用于光频域，研制出了光频域反射计OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometer)。OFDR系统的高空间分辨率将使其更加广泛地应用于众多对测量精度有高要求的领域 [Opt. Express 19, 19790-19796 (2011)]。通过扫频RF信号对窄线宽激光进行单边带调制，得到线性扫频的光信号，用于相应的OFDR系统，已经实现了长距离和高空间分辨率的线路检测 [J. Lightwave Technol. 6, 3287-3294 (2008)]。然而，单边带调制复杂的调制过程和较差的稳定性限制了相应性能。另一方面，射频扫频信号的扫频范围受限于电子元件，一般只有GHz量级 [J. Lightwave Technol. 30, 1015-1024 (2012)]。而要得到高空间分辨率的OFDR，提高扫频范围成为必然的途径。因此，有必要开发新型的宽带扫频光源技术，用于实现高空间分辨率OFDR。

实用新型内容

本实用新型目的在于在OFDR系统中，为了克服使用光源内部调制可能产生的非线性扫频等问题，可以使用光源外部调制实现扫频，目前使用较多的是利用单边带调制得到的第一阶边带进行扫频。受电子元件的电子瓶颈限制，射频信号扫描频率范围有限，为了扩大扫频范围从而提高空间分辨率，本实用新型利用高电压调制低半波电压的电光调制器产生多阶边带的原理，提供了一种基于高阶边带扫频调制的高空间分辨率光频域反射计系统。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于高阶边带扫频调制的高空间分辨率光频域反射计系统，包括扫频光源部分、测试光路部分、接收机及信号处理部分；其特征在于：所述扫频光源部分包括激光器、低半波电压电光调制器、射频信号发生器、环行器、光纤布拉格光栅、掺铒光纤放大器和光滤波器；所述激光器发出的窄线宽激光根据射频信号发生器发出的射频信号并加载偏置电压后连接到所述电光调制器进行调制，形成一个宽带光梳；将得到的光梳导入连接了光纤布拉格光栅的环行器，反射回来的光波经过掺铒光纤放大器放大后射入可调光滤波器；将滤出的高阶扫频边带导入测试光路部分，与本地光发生干涉并最终由接收机接收，和信号处理部分处理。

其进一步特征在于：所述低半波电压电光调制器为马赫增德尔型电光调制器或相位型电光调制器，电光调制器的半波电压不大于4伏，射频信号发生器的射频信号的驱动功率不低于27dBm。