[发明专利]基于匹配延迟采样光相干系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光相干通信和光相干测量技术领域的测量和补偿相干系统相位噪声的方法，具体地，涉及一种基于匹配延迟采样光相干系统及测量与补偿相位噪声方法。

背景技术

光相干系统由于其极高的灵敏度，被运用于光纤通信、光纤传感等领域，例如光频域反射计(0FDR)。如图1所示，为光频域反射计(OFDR)测量系统原理图。光频域反射计(OFDR)由扫频激光器、两个光耦合器、一个环形器、一个光电探测器构成，利用激光在光纤中的瑞利后向散射，以相干的方式在频域上分布式测量光纤的反射率。扫频激光器产生的光信号由光耦合器I分为两路，一路光信号通过环形器进入待测光纤，待测光纤的瑞利后向散射再通过环形器进入光耦合器II的输入端I，另一路直接进入光耦合器II的输入端I，光耦合器II的输出光信号进入光电探测器转化为电信号，由数据采集卡采集数据之后做傅里叶变换转换到频域上，即可反映光纤的分布式反射迹线。然而由于相位噪声的存在，会大幅度降低相干系统的可用性。经过检索相关文献，现在相干系统中的方法主要是利用一个辅助干涉臂来补偿相位噪声，有两种方式进行补偿。一种是模拟的方式，Brian J.Soller等人发表在学术杂志《0pitcs Express》(光学快报)中的学术论文“High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies”(用于组装件和部件的特征描述的高分辨率光频域反射计)中提到可以利用辅助干涉臂输出时钟信号对相干系统进行补偿，这种方式可以获得较好的效果，但是需要很长的辅助干涉臂以获得足够频率的时钟信号，这增加了系统的不稳定性。另一种是数字的方式，Tae-Jung Ahn等人发表在学术杂志《Applied Optics》(应用光学)中的学术论文“Suppression of nonlinear frequency sweep in an optical frequency-domain reflectometer by use of Hilbert transformation”(利用希尔伯特变换抑制光频域反射计中的非线性扫频)中提到利用采集辅助干涉臂的信 号进行重采样，从而补偿相干系统的相位噪声，这种方法可以获得很好的补偿效果，但是只能针对补偿变化较慢的相位噪声，例如非线性扫频带来的相位噪声，适用范围小。

发明内容

本发明的目的在与克服现有相位噪声测量与补偿方法的不足，提出了一种基于匹配延迟采样光相干系统及测量与补偿相位噪声方法，缩短了测量相位噪声时需要的光纤长度，可以补偿快速变化的相位噪声，并可以对不同类型和不同延迟差的相干系统进行补偿。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的第一个方面，提供了一种基于匹配延迟采样的测量与补偿系统，包括第二光耦合器、90度混合光耦合器以及差分光电探测器，光信号通过所述第二光耦合器形成第三路输出端和第四路输出端，所述第三路输出端通过保偏光纤与90度混合光耦合器的第一个输入端相连接，并由90度混合光耦合器的第五路输出端输出，所述第四路输出端直接与90度混合光耦合器的第二个输入端相连接，并由90度混合光耦合器的第六路输出端输出，所述差分光电探测器包括第一差分光电探测器和第二差分光电探测器，所述第五路输出端与第一差分光电探测器的输入端相连接，所述第六路输出端与第二差分光电探测器的输入端相连接，并由两个差分光电探测器的输出端输出。

优选地，所述第五路输出端和第六路输出端分别有两个输出端口，相应地，每一个差分光电探测器均设有两个输入端口。

优选地，两个差分光电探测器的参数一致。

根据本发明的第二个方面，提供了一种上述基于匹配延迟采样的测量与补偿系统的方法，包括以下步骤：

步骤1，光信号通过第二光耦合器分为第三路光信号和第四路光信号，其中第三路光信号经过保偏光纤，输入到90度混合光耦合器的第一个输入端，第四路光信号直接输入到90度混合光耦合器的第二个输入端；

步骤2，90度混合光耦合器的第五路输出端和第六路输出端的光信号分别输入到差分光电探测器的输入端中，并由两个差分光电探测器的输出端输出。

优选地，所述90度混合光耦合器的第一个输入端的输入信号为S，第二个输入端 的输入信号为L，则，90度混合光耦合器第五路输出端的两个端口输出的信号分别为S+L，S-L，90度混合光耦合器第六路输出端的两个端口输出的信号分别为S+jL，S-jL，其中，j为虚数单位。