CN113726424A - 一种动态线宽测量系统及其测量方法 - Google Patents

一种动态线宽测量系统及其测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113726424A
CN113726424A CN202010452681.0A CN202010452681A CN113726424A CN 113726424 A CN113726424 A CN 113726424A CN 202010452681 A CN202010452681 A CN 202010452681A CN 113726424 A CN113726424 A CN 113726424A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
line width
interference arm
optical fiber
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010452681.0A
Other languages
English (en)
Inventor
赵灿
李珍珺
周雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tri Light Wuhan Electronics Technology Co ltd
Original Assignee
Tri Light Wuhan Electronics Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tri Light Wuhan Electronics Technology Co ltd filed Critical Tri Light Wuhan Electronics Technology Co ltd
Priority to CN202010452681.0A priority Critical patent/CN113726424A/zh
Publication of CN113726424A publication Critical patent/CN113726424A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0795—Performance monitoring; Measurement of transmission parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0799—Monitoring line transmitter or line receiver equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种动态线宽测量系统，包括：第一分光器、辅助干涉臂光纤、主干涉臂光纤、第二分光器、光探测器、测量主机，待测光源光信号输出端口与第一分光器的输入端口以光纤相连，待测光源的电信号输入端口与测量主机的触发信号输出端口以电缆相连，第一分光器的两个分光端口分别与辅助干涉臂光纤一端和主干涉臂光纤的一端以光纤相连，辅助干涉臂光纤另一端和主干涉臂光纤的另一端分别与第二分光器的两个分光端口以光纤相连，第二分光器的输入端口与光探测器的光输入端口以光纤相连，光探测器的电信号输出端口与测量主机相连。本发明能够通过光延时自外差技术较为准确的测量线性扫描激光器的动态线宽信息。

Description

一种动态线宽测量系统及其测量方法
【技术领域】
本发明涉及光纤传感领域，特别是涉及一种动态线宽测量系统及其测量方法。
【背景技术】
光频域反射技术自提出之后，国内外研究人员对其进行了广泛深入的跟进研究。光频域反射技术的显著特点是可以实现极高的空间分辨率。早期的研究虽然利用光频域反射技术实现了厘米、毫米量级，甚至微米量级的分布式光纤测量，但是测量距离均较短，一般为几十米。随着研究人员的努力，光频域反射技术的测量距离也逐渐增加。K.Tsuji等人通过对具有窄线宽的激光器进行外部相位调制，将测量距离提高到16.4km。其后，又通过相位去相关，将光频域反射计测量距离提升至30km，空间分辨率为5m。J.Geng等人则利用二极管泵浦窄线宽压电调谐激光器，实现了95km的测试距离。X.Fan等人则报道了利用单边带调制实现线性扫频，同时通过相位串联的方式进行相位噪声补偿，实现了40km的测试距离。以上研究成果虽然大大提升了光频域反射计(Optical Frequency Domain Reflectometer，简写为OFDR)系统的测量距离，但是空间分辨率均较低，大致为厘米至米量级，而且研究人员仅考虑了光源的静态线宽，忽略了光源扫描过程中的动态展宽问题。激光器的动态线宽决定了系统的测试精度与可测距离，当测试距离接近相干长度时，激光器的相位噪声的影响会更加严重。因此，有必要对OFDR线性扫描光源的动态线宽进行测量，为优化系统设计提供指导。
通常OFDR系统采用的是窄线宽激光器，激光器的稳态线宽一般在1MHz以下，传统的光谱仪分辨率达不到测试要求。为了实现窄线宽的测量，一般采用干涉仪结构。法布里-玻罗标准具具有MHz量级的光谱分辨率，但是不具备快速响应能力，并不适用于线性扫描光源动态线宽的测量。另一种常用的方法是延时自相干零差和延时自相干外差法。1980年，Okoshi和L.E.Richter等相继提出用外差法测量激光器的稳态线宽，主要采用马赫-曾德干涉仪结构。俞本立通过光纤延时零差法，测得了200kHz光谱线宽，但是实际反映的是平均线宽。目前，已有的报道多是利用外差法测试激光器的稳态线宽，激光器动态线宽的测量则鲜有所闻。
【发明内容】
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明基于光延时自外差技术，解决了测量线性扫描激光器的动态线宽信息不够准确的问题。
本发明实施例采用如下技术方案:
第一方面，本发明提供了一种动态线宽测量系统，包括，第一分光器、辅助干涉臂光纤、主干涉臂光纤、第二分光器、光探测器、测量主机，其中：待测光源光信号输出端口与第一分光器的输入端口以光纤相连，待测光源的电信号输入端口与测量主机的触发信号输出端口以电缆相连，第一分光器的两个分光端口分别与辅助干涉臂光纤一端和主干涉臂光纤的一端以光纤相连，辅助干涉臂光纤另一端和主干涉臂光纤的另一端分别与第二分光器的两个分光端口以光纤相连，第二分光器的输入端口与光探测器的光输入端口以光纤相连，光探测器的电信号输出端口与测量主机相连；第一分光器用于将待测光源输出的光信号进行分光，以向两条干涉臂光纤分出两路线宽相同且相位相同的光信号，辅助干涉臂光纤、主干涉臂光纤、第二分光器用于构建马赫-曾德干涉系统。
优选的，辅助干涉臂光纤与主干涉臂长度差大于或等于10km，辅助干涉臂为标准单模光纤。
优选的，辅助干涉臂光纤与主干涉臂长度差等于10km。
优选的，第一分光器和第二分光器都为1输入2输出分光器。
优选的，第一分光器和第二分光器的分光比都为50比50。
优选的，测量主机设置有显示屏，显示屏用于显示光源实时动态线宽数据或光源实时动态线宽数据的图形表达。
优选的，显示屏为触控显示屏，还用于通过触控显示屏虚拟按键手工输入待测光源的标称线宽。
优选的，还包括一个条码扫描枪，条码扫描枪与测量主机之间以USB接口相连，待测光源的外壳上粘贴有用于标识其型号的条形码，条码扫描枪用于扫描待测光源外壳上的条形码。
另一方面，本发明提供了动态线宽测量方法，具体为：
获取待测光源的标称线宽值；
采集一个周期的拍频时域信号；
通过自相关函数对拍频时域信号计算自相关值；
对拍频时域信号数据进行傅里叶变换计算得到拍频频域信号数据；
最后通过对拍频频域信号数据的功率谱密度做洛伦兹函数拟合计算得到线宽测量结果；
判定线宽测量结果是否小于标称线宽值。
优选的，傅里叶变换计算具体为短时傅里叶变换。
另一方面，本发明提供了一种光源动态线宽测量方法，拍频频域信号功率谱的中心位置的波动情况可以反映扫描过程的线性度，如果扫描绝对线性，那么中心位置的连线将是一条水平直线。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
本发明能够通过光延时自外差技术较为准确的测量线性扫描激光器的动态线宽信息。
本发明基于短时傅里叶变换计算结果，还可以对待测光源的扫描线性度进行评估。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种动态线宽测量系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种动态线宽测量方法结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
实施例1：
下面结合图1说明本一种动态线宽测量系统的具体结构：
包括，第一分光器、辅助干涉臂光纤、主干涉臂光纤、第二分光器、光探测器、测量主机，其中：待测光源光信号输出端口与第一分光器的输入端口以光纤相连，待测光源的电信号输入端口与测量主机的触发信号输出端口以电缆相连，第一分光器的两个分光端口分别与辅助干涉臂光纤一端和主干涉臂光纤的一端以光纤相连，辅助干涉臂光纤另一端和主干涉臂光纤的另一端分别与第二分光器的两个分光端口以光纤相连，第二分光器的输入端口与光探测器的光输入端口以光纤相连，光探测器的电信号输出端口与测量主机相连；第一分光器用于将待测光源输出的光信号进行分光，以向两条干涉臂光纤分出两路线宽相同且相位相同的光信号，辅助干涉臂光纤、主干涉臂光纤、第二分光器用于构建马赫-曾德干涉系统。
在本发明某些具体实施方式中，辅助干涉臂光纤与主干涉臂长度差大于或等于10km，辅助干涉臂为标准单模光纤。
在实际应用场景中，为了缩小本系统的体积，可以根据OFDR传感应用中待测光源的一般标称线宽和生产质量的波动范围实际要求选择合适的辅助干涉臂的光纤长度，在OFDR应用中的待测光源标称线宽一般小于100kHz，对应相干时间约3us，其测量系统中辅助干涉臂光纤与主干涉臂长度差等于10km，10km的光纤长度差足以保证足够的时延大小。
在本发明某些具体实施方式中，第一分光器和第二分光器都为1输入2输出分光器。
在本发明某些具体实施方式中，第一分光器和第二分光器的分光比都为50比50。
在本发明某些具体实施方式中，测量主机设置有显示屏，显示屏用于显示光源实时动态线宽数据或光源实时动态线宽数据的图形表达。
在本发明某些具体实施方式中，显示屏为触控显示屏，还用于通过触控显示屏虚拟按键手工输入待测光源的标称线宽。
在本发明某些具体实施方式中，还包括一个条码扫描枪，条码扫描枪与测量主机之间以USB接口相连，待测光源的外壳上粘贴有用于标识其型号的条形码，条码扫描枪用于扫描待测光源外壳上的条形码。
实施例2：
下面结合图2介绍本发明提供了动态线宽测量方法，具体包括以下步骤：
获取待测光源的标称线宽值；
采集一个周期的拍频时域信号；
通过自相关函数对拍频时域信号计算自相关值；
对拍频时域信号数据进行傅里叶变换计算得到拍频频域信号数据；
最后通过对拍频频域信号数据的功率谱密度做洛伦兹函数拟合计算得到线宽测量结果；
判定线宽测量结果是否小于标称线宽值。
在本发明某些具体实施方式中，为了获得激光器的动态线宽，傅里叶变换计算具体为短时傅里叶变换。
在本发明某些具体实施方式中，为了获得光源扫频线性度，计算出拍频频域信号功率谱的中心位置，并分析其波动情况可以反映扫描过程的线性度，比如当扫描绝对线性，那么中心位置的连线将是一条水平直线。

Claims (10)

1.一种动态线宽测量系统，其特征在于：包括，第一分光器、辅助干涉臂光纤、主干涉臂光纤、第二分光器、光探测器、测量主机，其中：
待测光源光信号输出端口与第一分光器的输入端口以光纤相连，待测光源的电信号输入端口与测量主机的触发信号输出端口以电缆相连，第一分光器的两个分光端口分别与辅助干涉臂光纤一端和主干涉臂光纤的一端以光纤相连，辅助干涉臂光纤另一端和主干涉臂光纤的另一端分别与第二分光器的两个分光端口以光纤相连，第二分光器的输入端口与光探测器的光输入端口以光纤相连，光探测器的电信号输出端口与测量主机相连。
2.根据权利要求1所述动态线宽测量系统，其特征在于：
所述辅助干涉臂光纤与所述主干涉臂长度差大于或等于10km，所述辅助干涉臂为标准单模光纤。
3.根据权利要求2所述动态线宽测量系统，其特征在于：
所述辅助干涉臂光纤与所述主干涉臂长度差等于10km。
4.根据权利要求3所述动态线宽测量系统，其特征在于：
所述第一分光器和所述第二分光器都为1输入2输出分光器。
5.根据权利要求4所述动态线宽测量系统，其特征在于：
所述第一分光器和所述第二分光器的分光比都为50比50。
6.根据权利要求5所述动态线宽测量系统，其特征在于：
还包括一个显示屏，所述显示屏用于显示待测光源实时动态线宽数据或待测光源实时动态线宽数据的图形表达。
7.根据权利要求6所述动态线宽测量系统，其特征在于：
所述显示屏为触控显示屏，还用于通过触控显示屏虚拟按键手工输入待测光源的标称线宽。
8.根据权利要求6所述动态线宽测量系统，其特征在于：
还包括一个条码扫描枪，所述条码扫描枪与所述测量主机之间以USB接口相连，待测光源的外壳上粘贴有用于标识其型号的条形码，所述条码扫描枪用于扫描待测光源外壳上的条形码。
9.一种动态线宽测量方法，其特征在于：
使用权利要求7至8任一所述的动态线宽测量系统，完成以下步骤：
获取待测光源的标称线宽值；
采集一个周期的拍频时域信号；
通过自相关函数对拍频时域信号计算自相关值；
对拍频时域信号数据进行傅里叶变换计算得到拍频频域信号数据；
最后通过对拍频频域信号数据的功率谱密度做洛伦兹函数拟合计算得到线宽测量结果；
判定线宽测量结果是否小于标称线宽值。
10.根据权利要求9所述动态线宽测量方法，其特征在于：
所述傅里叶变换计算具体为短时傅里叶变换计算。
CN202010452681.0A 2020-05-26 2020-05-26 一种动态线宽测量系统及其测量方法 Pending CN113726424A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010452681.0A CN113726424A (zh) 2020-05-26 2020-05-26 一种动态线宽测量系统及其测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010452681.0A CN113726424A (zh) 2020-05-26 2020-05-26 一种动态线宽测量系统及其测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113726424A true CN113726424A (zh) 2021-11-30

Family

ID=78671777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010452681.0A Pending CN113726424A (zh) 2020-05-26 2020-05-26 一种动态线宽测量系统及其测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113726424A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114427956A (zh) * 2022-01-26 2022-05-03 重庆大学 基于分数傅里叶变换的扫频激光本征线宽测量系统及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114427956A (zh) * 2022-01-26 2022-05-03 重庆大学 基于分数傅里叶变换的扫频激光本征线宽测量系统及方法
CN114427956B (zh) * 2022-01-26 2022-11-18 重庆大学 基于分数傅里叶变换的扫频激光本征线宽测量系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107576341B (zh) Ofdr中消除偏振衰落的装置和方法
CN107328429B (zh) 光频域反射技术中可提高近距离传感稳定性的装置及方法
CN106643522A (zh) 基于光电振荡器的光纤低相干干涉位移解调设备及方法
CN104279959B (zh) 一种采用矢量网络分析仪精确测量光纤长度的新方法
CN108801153B (zh) 光纤长度测量方法及测量装置
CN102288388B (zh) 提高保偏光纤偏振耦合测量精度和对称性的装置与方法
CN105674902B (zh) 光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法
CN109186644A (zh) 光谱拼接光频域反射型分布式光纤传感器及信号解调方法
CN103591895A (zh) 一种光纤长度测量系统及测量方法
CN110375781B (zh) 一种ofdr中可变测量范围的自适应数据采集系统
CN109031340B (zh) 一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置
CN112923960A (zh) 用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置
CN111578971B (zh) Ofdr分段采集实现长距离测量的装置和方法
CN105044035A (zh) 基于谱域干涉仪的折射率和厚度同步测量方法与系统
CN207147508U (zh) 光频域反射技术中可提高近距离传感稳定性的装置
Wang et al. High-accuracy optical time delay measurement in fiber link
CN110332951B (zh) 一种光频域反射技术中实现远端传感的装置及方法
CN109269418B (zh) 基于气体吸收池校准的光纤标定系统及使用方法
CN113804412B (zh) 一种基于环行光路结构的光纤器件微量色度色散测量装置
CN113726424A (zh) 一种动态线宽测量系统及其测量方法
CN205003080U (zh) 基于谱域干涉仪的折射率和厚度同步测量系统
CN110375779B (zh) 提高ofdr频域采样率的装置和方法
CN113607074A (zh) 一种光频域反射中基于重叠窗口的应变传感解调方法
CN106017513B (zh) 一种基于光学相干干涉的测量系统
CN115112038B (zh) 一种高精度分布式应变测量光学系统及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination