[发明专利]一种基于傅里叶域锁模的光频域反射计装置及测量方法

说明书

本发明提出了一种基于傅里叶域锁模的光频域反射计装置及测量方法，属于光频域反射计领域。解决了现有光频域反射计装置及方法受限于调谐光源调谐速度慢、调谐范围小且存在偏振敏感性的问题。它包括傅里叶域锁模调谐光源依次通过第二光隔离器和第二保偏光纤耦合器后分别与辅助干涉仪、双轴工作偏振分光棱镜和保偏光放大器相连，辅助干涉仪与信号处理模块相连，双轴工作偏振分光棱镜分别与第四保偏光纤耦合器和第五保偏光纤耦合器相连，所述保偏光放大器、第二延迟线依次通过保偏环行器和单轴工作偏振分光棱镜后分别与第四保偏光纤耦合器和第五保偏光纤耦合器相连。它主要用于光频域反射计。

技术领域

本发明属于光频域反射计领域，特别是涉及一种基于傅里叶域锁模的光频域反射计装置及测量方法。

背景技术

近年来，随着智能柔性结构在航空航天、智慧城市以及智慧医疗等领域的作用不断深化，如何对智能柔性结构进行结构健康监测、自适应控制等操作，已成为亟待解决的问题之一。在这一方面，具有柔性、轻质、电磁屏蔽等特点的光纤传感器与智能柔性结构之间具有良好的相容性；此外，光纤本身能够作为光信号传输的良好媒介，这使得光纤传感器能够对智能柔性结构中的应力/应变情况进行分布式测量。

现有的分布式光纤测量装置及方法主要包括光时域反射和光频域反射计两种。其中，光时域反射计利用脉冲参考光束进行测量，并通过计算后向散射光束由脉冲参考光束产生和脉冲参考光束之间的时间延时进行定位，该方法主要受限于脉冲参考光束的脉宽不能无限压窄，其空间分辨力通常为数十厘米甚至数米，无法满足智能柔性结构的测量需求。光频域反射计利用中心波长可调谐的连续参考光束进行测量，并通过计算后向散射光束由连续参考光束产生和连续参考光束之间的拍频进行定位。光频域反射计通过约定时域-频域之间的调谐曲线以代替光时域反射计对于脉冲参考光束的需求，其空间分辨力主要取决于泵浦光束/参考光束的调谐范围和调谐精度，并有望达到毫米量级。可见，光频域反射计能够快速、高空间分辨力、高精度工作的关键是实现大范围、高精度的泵浦光书/参考光束调谐。

然而，现有光频域反射计装置及方法中所采用的外腔激光调谐技术ECL、垂直腔面发射激光调谐技术VCSEL和分布式布拉格反射激光调谐技术DBR等均通过反复起振/停振不同的激光纵模以实现泵浦光束调谐，由此引入的时间延迟与相位噪声制约了泵浦光源调谐速度与调谐精度的提升。此外，在采用干涉方法解调光频域反射计装置及方法的测量信号时，参考光束和测量光束之间偏振态的偏差也将导致测量结果的精度下降。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于傅里叶域锁模的光频域反射计装置及测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于傅里叶域锁模的光频域反射计装置，它包括傅里叶域锁模调谐光源、第二光隔离器、第二保偏光纤耦合器、辅助干涉仪、双轴工作偏振分光棱镜、第四保偏光纤耦合器、第一平衡探测器、信号处理模块、第二平衡探测器、第五保偏光纤耦合器、单轴工作偏振分光棱镜、保偏环行器、第二延迟线和保偏光放大器，所述傅里叶域锁模调谐光源依次通过第二光隔离器和第二保偏光纤耦合器后分别与辅助干涉仪、双轴工作偏振分光棱镜和保偏光放大器相连，所述辅助干涉仪与信号处理模块相连，所述双轴工作偏振分光棱镜分别与第四保偏光纤耦合器和第五保偏光纤耦合器相连，所述保偏光放大器、第二延迟线依次通过保偏环行器和单轴工作偏振分光棱镜后分别与第四保偏光纤耦合器和第五保偏光纤耦合器相连，所述第四保偏光纤耦合器与第一平衡探测器和信号处理模块连接形成通路，所述第五保偏光纤耦合器与第二平衡探测器和信号处理模块连接形成通路。

更进一步的，所述傅里叶域锁模调谐光源包括依次相连的光放大器、可调谐光学滤波器、偏振色散管理延迟线、第一光隔离器、第一保偏光纤耦合器和窄线宽光学滤波器，所述可调谐光学滤波器与函数发生器相连，所述窄线宽光学滤波器与第二光隔离器相连。

更进一步的，所述偏振色散管理延迟线的传输与偏振特性可调。