[发明专利]偏振态同步控制系统和方法

说明书

本发明涉及一种偏振态同步控制系统，其包括：调制激光器、偏振控制器、光电探测模块和偏振控制模块，其中所述偏振控制模块的输入端与光电探测模块的输出端连接，以接收来自光电探测模块的模拟探测信号，并且所述偏振控制模块的第一输出端与所述调制激光器的输入端连接，向其输入模拟调制信号，对所述调制激光器的输出光功率进行调制，所述偏振控制模块的第二输出端与偏振控制器的输入端连接，向其输入偏振控制信号，以调节经过偏振控制器的传输光的偏振态。本发明还涉及偏振态同步控制方法。

技术领域

本发明涉及一种偏振态同步控制系统和方法，特别涉及一种基于最优相关度检测的双干涉仪的偏振态同步控制系统和方法，其适用于基于双干涉仪的分布式光纤振动传感器的光回路末端偏振态的同步闭环控制，能够解决偏振态变化导致的长距离分布式光纤振动传感器中存在的偏振衰落与非均衡干涉畸变等问题。

背景技术

干涉型分布式光纤振动传感器由于具有探测距离长，灵敏度高，可精确定位的特点，非常适合于大型基础设施的振动破坏感知与事件定位。然而，受热应力、机械应力以及纤芯截面不规则等因素影响，光纤中传输光的偏振态呈现随机变化。偏振态变化不仅导致干涉仪末端出现不同程度的偏振衰落，输出光功率信号形态畸变或有效幅值减小，从而使得分布式光纤振动传感器的振动事件检测性能降低甚至失效，而且也将导致分布式光纤振动传感器的两干涉末端出现非均衡干涉畸变，两干涉输出光功率信号幅值、相位、形态呈现非均匀变化，从而使得分布式光纤振动传感器的振动事件定位精度降低甚至无法定位。这是目前干涉型分布式光纤振动传感器设计与开发面临的一个极具挑战技术难题。

目前，大多数光纤偏振控制系统需要检测传输光偏振态，以此作为偏振控制系统的反馈状态设计偏振控制算法，驱动偏振控制器改变传输光偏振态，使传输光偏振态自动趋近或维持在给定的目标偏振态。例如，中国专利文献CN102081240A(发明人为兰宝林等人，标题为“基于偏振检测模块的高速光纤通信中偏振态控制系统”)就公开了一种典型的偏振态闭环控制方案，给出了详细的电路设计原理图。其方案以四波片电光晶体偏振控制器为改变偏振态的执行机构，采用偏振检测模块检测光纤中传输光的偏振态，利用实际偏振态与给定目标偏振态的差异，调整偏振控制器的控制指令，实现光纤中传输光偏振态在线自动调节。

然而，对于干涉型分布式光纤振动传感器而言，一般的以偏振态检测结果作为反馈控制量的偏振控制系统并不能满足其偏振态控制要求。干涉型分布式光纤振动传感器的振动感知能力和定位精度取决于其干涉仪输出的干涉光功率信号的幅值、相位以及形态，这与干涉仪两条干涉臂中传输光的偏振方向的相对夹角直接相关，与两条干涉臂中传输光的绝对偏振方向无直接联系。如果采用基于偏振态检测的偏振控制系统来解决干涉型传感器的偏振衰落和干涉畸变问题，需要在干涉仪两臂分别加上一套这样的偏振控制系统，才能完成一个干涉仪的偏振态控制，使干涉输出光功率信号达到期望要求。但与此同时，由于干涉型分布式光纤振动传感器的两个内置干涉仪的两臂往往是耦合复用的，当利用偏振控制器改变一个干涉仪两臂在干涉点的偏振态时，另外一个干涉仪两臂在干涉点的偏振态也随之改变。因此，当其中一个干涉仪在干涉点的偏振态达到预定控制目标时，几乎不可能使另外一个干涉仪在干涉点的偏振态也同时达到预期目标。因此，一般基于偏振态检测的偏振控制系统不能满足干涉型分布式光纤传感器的偏振态控制要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于最优相关度检测的双干涉仪的偏振态同步控制系统和方法，用以消除偏振态变化导致的长距离分布式光纤振动传感器中存在的偏振衰落与非均衡干涉畸变。

根据本发明的一个方面，提供了一种偏振态同步控制系统，其包括：调制激光器、偏振控制器、光电探测模块和偏振控制模块，其中所述偏振控制模块的输入端与光电探测模块的输出端连接，以接收来自光电探测模块的模拟探测信号，并且所述偏振控制模块的第一输出端与所述调制激光器的输入端连接，向其输入模拟调制信号，对所述调制激光器的输出光功率进行调制，所述偏振控制模块的第二输出端与偏振控制器的输入端连接，向其输入偏振控制信号，以调节经过偏振控制器的传输光的偏振态。