一种基于双光梳线性光学采样的光纤时延测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双光梳线性光学采样的光纤时延测量方法及装置，用于解决信息科学以及光纤通信中高精度光纤时延精密测量的问题，其特点是采用两个重复频率有微小差距的光梳模块，其产生的光梳信号分别分束后共计4路光梳信号；其中一个光梳模块产生的光梳信号分束后的一路经过待测光纤后与另一光梳模块分束后的一路进行线性光学采样获得一个电信号；剩余2路光梳信号再进行线性光学采样后获得另一个电信号；通过测量被放大固定倍数的这两个电信号的时延来计算待测光纤时延。与现有技术相比，本装置结构简单，理论上具有更高的测量精度以及大的测量范围，并且具有集成化、小型化的前景，有望在光纤传感、精密测量等领域取得重要应用。域取得重要应用。域取得重要应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光梳线性光学采样的光纤时延测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及信息科学以及光纤通信中高精度光纤时延测量领域，尤其涉及一种基于双光梳线性光学采样的高精度光纤时延测量方法。

技术介绍

[0002]光纤是现代信息科学以及通信技术的基石之一。随着通信技术的飞速发展，光纤网络越来越成为各个国家重要的基础设施，其中必然涉及到对于光纤长度的精确测量。实际上，由于光在光纤中的传播速度是已知的，因此测量某段光纤的长度是通过测量光在这段光纤中往返传播的时间来实现的。那么，精确测量发射的光信号和接收的反射或散射光信号之间的时间差，也就是光纤时延，就成为了一项非常重要的工作。
[0003]目前，应用比较广泛的光纤长度测量方法主要包括光学时域反射仪(OTDR)以及光学频域反射仪(OFDR)。它是通过在待测光纤一端耦合光脉冲并接收其传播产生的瑞利散射、布里渊散射或拉曼散射信号，在时域或频域测量两事件对应的光时间延迟，来实现对于光纤距离的测量。这种方法的测量精度主要取决于脉冲宽度，一般在毫米到米量级。另一种测量光纤长度的方案是利用有频移的非对称Sagnac干涉仪，其基本思想是：不同频率的光在同一段光纤中传播时会产生不同的相位延迟，而这种含有光纤长度信息的相位延迟差可以通过干涉仪测出。
[0004]然而，已有的几种方案尽管可以基本满足一般的工业领域应用，但是其装置仍然相对较为复杂，并且精度受限，对于诸如测地学等更高精度的科学应用仍显不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种基于双光梳线性光学采样的高精度光纤时延测量方法及装置。本方法及装置技术路线区别于前述方案，能够充分利用光梳高相干性的优势，通过线性光学采样来实现微小光纤时延的放大测量，在实现高精度测量的同时保持了装置的简洁。
[0006]光梳作为频率和相位稳定的锁模激光器，其具有高相干性、高信噪比的优势，而线性光学采样则具有高灵敏度、采样精度高的优势。我们提出的光纤时延测量装置，它的基本思想是通过基于双光梳的线性光学采样的方法，巧妙地将微小光纤时延放大后进行测量。通过放大微小光纤时延，理论上可以获得更高的测量精度。这种简洁的装置具有进一步集成化、小型化的前景，其高测量精度的潜在优势有望在光纤传感、精密测量等领域取得重要应用。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种基于双光梳线性光学采样的高精度光纤时延测量方法，其步骤包括：
[0009]1)选取两台光梳分别构成第一光梳模块和第二光梳模块。其中第一光梳模块对应重频为f
r
，第二光梳模块对应重频为f
r
+Δf
r
。这两台光梳具有重频差Δf
r
。
[0010]2)时钟模块产生的电信号A接入第一信号源模块，用于第一信号源模块时钟同步；
[0011]3)时钟模块产生的电信号B接入第二信号源模块，用于第二信号源模块时钟同步；
[0012]4)第一信号源模块产生的电信号C接入第一光梳模块用作第一光梳模块重频锁定参考；
[0013]5)第二信号源模块产生的电信号D接入第二光梳模块用作第二光梳模块重频锁定参考；
[0014]6)第一光梳模块根据电信号C和收到的重复频率锁定参考信号产生的第一光梳信号接入第一分束器模块，用于分束产生第三光梳信号和第四光梳信号；
[0015]7)第二光梳模块根据电信号D和收到的重复频率锁定参考信号产生的第二光梳信号接入第二分束器模块，用于分束产生第五光梳信号和第七光梳信号；
[0016]8)第五光梳信号接入待测光纤模块，在待测光纤模块内累积时延τ后产生第六光梳信号；
[0017]9)第三光梳信号和第六光梳信号分别接入第一线性光学采样模块的两个输入端口，进行线性光学采样过程；
[0018]10)第四光梳信号和第七光梳信号分别接入第二线性光学采样模块的两个输入端口，进行线性光学采样过程；
[0019]11)第一线性光学采样模块产生的电信号E和第二线性光学采样模块产生的电信号F均接入数据处理模块；
[0020]12)数据处理模块计算得到待测量的光纤时延τ；其中，所述数据处理模块首先根据收到的电信号E、电信号F计算得到一时延τ
′
，然后根据公式计算得到光纤时延τ。
[0021]本专利技术还提供一种基于双光梳线性光学采样的光纤时延测量装置，其特征在于，包括时钟模块、第一信号源模块、第二信号源模块、第一光梳模块、第二光梳模块、第一分束器模块、第二分束器模块、第一线性光学采样模块、第二线性光学采样模块、待测光纤模块以及数据处理模块；
[0022]所述时钟模块用于产生一用于第一光梳模块、第二光梳模块时钟同步的电信号，并将该电信号作为电信号A接入第一信号源模块，以及将该电信号作为电信号B接入第二信号源模块；
[0023]所述第一信号源模块在时钟同步后产生一电信号C并将其接入第一光梳模块，用作第一光梳模块的重频锁定参考信号；
[0024]所述第二信号源模块在时钟同步后产生一电信号D并将其接入第二光梳模块，用作第二光梳模块的重频锁定参考信号；
[0025]所述第一光梳模块根据该电信号C和收到的重复频率锁定参考信号生成第一光梳信号并将其接入第一分束器模块，用于分束产生第三光梳信号和第四光梳信号；
[0026]所述第二光梳模块根据该电信号D和收到的重复频率锁定参考信号产生第二光梳信号并将其接入第二分束器模块，用于分束产生第五光梳信号和第七光梳信号；第一光梳模块与第二光梳模块的重频差为Δf
r
；
[0027]所述第五光梳信号用于接入待测光纤模块，用于在待测光纤模块内时延累积后产生第六光梳信号；
[0028]所述第一线性光学采样模块用于对接入的第三光梳信号和第六光梳信号进行线
性光学采样，得到基频Δf
r
的电信号E并将其输入数据处理模块；
[0029]第二线性光学采样模块用于对接入的第四光梳信号和第七光梳信号进行线性光学采样，得到基频Δf
r
的电信号F并将其输入数据处理模块；
[0030]所述数据处理模块用于根据收到的电信号E、电信号F计算得到待测量的光纤时延τ。
[0031]进一步的，第一光梳模块对应重频为f
r
，第二光梳模块对应重频为f
r
+Δf
r
。
[0032]进一步的，所述数据处理模块首先根据收到的电信号E、电信号F计算得到一时延τ
′
，然后根据公式计算得到光纤时延τ。
[0033]进一步的，频率f
r
与电信号C、电信号D的频率相同。
[0034]进一步的，Δf
r
＝1kHz，f
r
＝100MHz。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036](1)与现有光学时域反射仪等光纤时延测量方案相比，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双光梳线性光学采样的光纤时延测量方法，其步骤包括：1)时钟模块产生一电信号，将该电信号作为电信号A接入第一信号源模块，用于第一信号源模块时钟同步；以及将该电信号作为电信号B接入第二信号源模块，用于第二信号源模块时钟同步；2)第一信号源模块在时钟同步后产生一电信号C并将其接入第一光梳模块，用作第一光梳模块的重频锁定参考信号；第二信号源模块在时钟同步后产生一电信号D并将其接入第二光梳模块，用作第二光梳模块的重频锁定参考信号；3)第一光梳模块根据该电信号C和收到的重复频率锁定参考信号生成第一光梳信号并将其接入第一分束器模块，用于分束产生第三光梳信号和第四光梳信号；第二光梳模块根据该电信号D和收到的重复频率锁定参考信号产生第二光梳信号并将其接入第二分束器模块，用于分束产生第五光梳信号和第七光梳信号；第一光梳模块与第二光梳模块的重频差为Δf
r
；4)将第五光梳信号接入待测光纤模块，在待测光纤模块内时延累积后产生第六光梳信号；5)将第三光梳信号和第六光梳信号分别接入第一线性光学采样模块的两个输入端口，进行线性光学采样，得到基频Δf
r
的电信号E并将其输入数据处理模块；将第四光梳信号和第七光梳信号分别接入第二线性光学采样模块的两个输入端口，进行线性光学采样，得到基频Δf
r
的电信号F并将其输入数据处理模块；6)数据处理模块根据收到的电信号E、电信号F计算得到待测量的光纤时延τ。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一光梳模块对应重频为f
r
，第二光梳模块对应重频为f
r
+Δf
r
。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，频率f
r
与电信号C、电信号D的频率相同。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，Δf
r
＝1kHz，f
r
＝100MHz。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述数据处理模块首先根据收到的电信号E、电信号F计算得到一时延τ
′
，然后根据公式计算得到光纤时延τ。6.一种基于双光梳线性光学采样的光纤时延测量装置，其特征在于，包括时钟模块、第一信号源模块、第二信号源模块、第一光梳模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭弘，陈子扬，张宇飞，于东睿，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：