CN114034325A - 波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置及方法，属于光纤传感技术领域，装置主要包括波带分离器件、光延时线圈组和波带合波器件，光延时线圈组的各个线圈两端分别连接波带分离器件的输出端口和波带和波带合波器件的输入端口。波带分离器件将传输的脉冲光信号分为若干波带，每个波带的传输信号经过一组传输延时线圈组进行传输延时，传输延时后各个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位，经过波带合波器件合波后，传输光信号任意传输时刻的传输脉冲中包含波长信道数小于总波长信道数，因不同波长信道间相互作用导致的非线性效应得到抑制。本发明采用全光学方式，采用的光路结构简单，易于实现。

Description

波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置及 方法
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置及方法。
背景技术
光纤传感技术因光纤传输损耗小且传输损耗易于补偿的特点，特别适用于远距离的信息传感和信号传输。波分复用光纤传感系统，尤其是密集波分复用的光纤传感系统，采用波分复用技术，在一根传输光纤中实现了多个波长信道的同时传输，极大的提高了传感系统的规模和信息传输带宽。波分复用系统不同波长信道之间的相互作用，会引起交叉相位调制(CPM)和四波混频(FWM)等非线性效应。在密集波分复用系统中，由于波长信道多而密集，信道间隔小，光功率密度大，致使四波混频效应等非线性效应现象造成系统信号功率下降或非线性相位噪声上升，系统性能下降。因此，需要对非线性效应进行抑制。
目前的非线性效应抑制装置主要应用于光通信行业，包括电学方式和光学方式。电学方式依赖于系统接收端的数字信号处理，采用软件对光纤非线性效应进行补偿，主要解决非线性效应对数字信号传输的影响，不适用于解决光纤传感领域的模拟传感信号非线性效应问题。光学方式实现复杂程度高，如光相位共轭(OPC)设备，结构复杂，且难以匹配光纤传感系统的光路结构，也不适用于一般的光纤传感系统。
基于此，做出本申请。
发明内容
针对光纤传感系统的信息传感和信号传输性能提升需求，以解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的第一个目的在于提出一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，实现波分复用光纤传感系统的不同波长信道的信号在时域上的错时传输，降低波长信道间相互作用引起的非线性效应影响，实现了光纤传感系统信息传感和信号传输性能提升。
本发明的第二个目的在于提出一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提出了一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，采取的技术方案如下：
包括波带分离器件，位于装置前端，用于接收传输的脉冲光信号并将脉冲周期内的脉冲光信号分离为多个波带，每个波带包含若干个波长信道；光延时线圈组，位于装置中间，输入输出两端分别连接波带分离器件的输出端口和波带合波器件的输入端口，用于将多个波带的脉冲信号分别进行不同时间的传输延时，使各个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位；波带合波器件，位于装置后端，用于将延时后的各个波带的脉冲信号进行合波，使合波后的脉冲光信号在任意传输时刻包含的波长信道数小于脉冲周期内的总波长信道数。
结合第一方面，提出第一种优选方案，所述光延时线圈组包括多个长度不同的光延时线圈，光延时线圈数量与分离的波带数量相同，一个波带的脉冲光信号对应一个光延时线圈。
结合第一方面，提出第一种优选方案，传输的脉冲光信号的脉冲周期为T，脉冲信道为N，脉宽为td，光延时线圈数量为K，K个光延时线圈对应的光脉冲延时依次为t0，t1，t2，……，tK-1，tK，光脉冲延产生的时间错位t＝tK-tK-1≥td。
为了实现上述目的，本发明第二方面提出了一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制方法，包括波带分离，接收传输的脉冲光信号并将脉冲周期内的脉冲光信号分离为多个波带，每个波带包含若干个波长信道；光延时，将多个波带的脉冲信号分别进行不同时间的传输延时，使各个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位；波带合波，将延时后的各个波带的脉冲信号进行合波，使合波后的脉冲光信号在任意传输时刻包含的波长信道数小于脉冲周期内的总波长信道数。
结合第二方面，提出第一种优选方案，所述光延时线圈组包括多个长度不同的光延时线圈，光延时线圈数量与分离的波带数量相同，一个波带的脉冲光信号对应一个光延时线圈。
结合第二方面，提出第一种优选方案，传输的脉冲光信号的脉冲周期为T，脉冲信道为N，脉宽为td，光延时线圈数量为K，K个光延时线圈对应的光脉冲延时依次为t0，t1，t2，……，tK-1，tK，光脉冲延产生的时间错位t＝tK-tK-1≥td。
与现有技术相比，本发明能实现如下有益技术效果：
本发明的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，由波带分离器件、光延时线圈组和波带合波器件组成，光延时线圈组的各个线圈两端分别连接波带分离器件的输出端口和波带和波带合波器件的输入端口。波带分离器件将传输的N个波长信道的脉冲光信号(脉宽td)分为K个波带，每个波带包含nk(k＝1,2,…K)个波长信道。每个波带的传输信号经过一组长度分别为Lk(k＝1,2,…K)的传输延时线圈组进行传输延时，传输延时后K个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位(t≥td)。波带合波器将延时后的K个波带光信号合束成一路传输光信号，此传输光信号任意传输时刻的传输脉冲中包含的波带数小于K，波长信道数小于N，因不同波长信道间相互作用(如交叉相位调制效应和四波混频效应等)导致的非线性效应得到抑制。
简而言之，本发明实现了波分复用光纤传感系统的不同波长信道的信号在时域上的错时传输，降低了波长信道间相互作用引起的非线性效应影响，实现了光纤传感系统信息传感和信号传输性能提升。本发明采用全光学方式，采用的光路结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本实施例波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置示意图；
图2为某一传输光信号经本实施例波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置前后的信号形成对比图。
附图标记说明：101波带分离器件，102光延时线圈组，103波带合波器件。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：
请参阅图1，图1为本实施例波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置示意图。本实施例的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，包括
波带分离器件101，位于装置前端，用于接收传输的脉冲光信号并将脉冲周期内的脉冲光信号分离为多个波带，每个波带包含若干个波长信道；
光延时线圈组102，位于装置中间，输入输出两端分别连接波带分离器件的输出端口和波带合波器件的输入端口，用于将多个波带的脉冲信号分别进行不同时间的传输延时，使各个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位；
波带合波器件103，位于装置后端，用于将延时后的各个波带的脉冲信号进行合波，使合波后的脉冲光信号在任意传输时刻包含的波长信道数小于脉冲周期内的总波长信道数。
本实施例波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制方法具体为：
(1)波带分离器件(101)将传输的N个波长信道的脉冲光信号(脉宽td)分为K个波带，每个波带分别包含nk(k＝1,2,…K)个波长信道；
(2)每个波带的传输信号经过一组长度分别为Lk(k＝1,2,…K)的传输延时线圈组(102)进行传输延时，传输延时后K个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位(t≥td)；
(3)波带合波器件(103)将延时后的K个波带光信号合束成一路传输光信号，此传输光信号任意传输时刻的传输脉冲中包含的波带数小于K，波长信道数小于N，因不同波长信道间相互作用导致的非线性效应得到抑制。
请参阅图2，图2为某一传输光信号经本实施例波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置前后的信号形成对比图。本实施例以某N＝32波长信道的密集波分复用光纤传感系统为例，传输信号为脉冲周期T＝6us，脉宽td＝0.7us的脉冲光信号。光延时线圈组包括多个长度不同的光延时线圈，光延时线圈数量与分离的波带数量相同，一个波带的脉冲光信号对应一个光延时线圈。本实施例装置将N＝32个波长信道的脉冲光分为K＝4个波带，每个波带分别包含nk＝8个波长信道。脉冲周期为T，光延时线圈数量为K，K个光延时线圈对应的光脉冲延时依次为t0，t1，t2，……，tK-1，tK，延时间隔tK-tK-1＝T/K。本实施例每个波长信号经过一组长度Lk分别为0米、300米、600米和900米的光延时线圈组，对应的光脉冲延时分别为约0、1.5us、3us和4.5us(光纤折射率n≈1.5)。上述32波长信道的脉冲光信号进过此参数的发明装置后，输出脉冲光信号如图2所示，不同4个波带的波长信道的脉冲光信号在时域上产生时间错位，分别位于6us脉冲周期内的不同时刻，任意传输时刻的传输脉冲中仅包含1个波带内的波长信道，波长信道为8，远远小于经过本实施例装置前同时叠加的32波长信道数，因波长信道间相互作用导致的非线性效应可得到有效抑制。
反观，若未经过本发明装置，32波长信道的光脉冲叠加，脉冲功率受光学放大器的特性限制，功率受限，且因波长信道数过多，32波长信道之间相互作用的非线性效应影响较为显著，系统的传感性能受到限制。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明只局限于上述这些说明，对于本发明所属的本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出的若干简单推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，其特征在于，包括
波带分离器件，位于装置前端，用于接收传输的脉冲光信号并将脉冲周期内的脉冲光信号分离为多个波带，每个波带包含若干个波长信道；
光延时线圈组，位于装置中间，输入输出两端分别连接波带分离器件的输出端口和波带合波器件的输入端口，用于将多个波带的脉冲信号分别进行不同时间的传输延时，使各个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位；
波带合波器件，位于装置后端，用于将延时后的各个波带的脉冲信号进行合波，使合波后的脉冲光信号在任意传输时刻包含的波长信道数小于脉冲周期内的总波长信道数。
2.如权利要求1所述的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，其特征在于，所述光延时线圈组包括多个长度不同的光延时线圈，光延时线圈数量与分离的波带数量相同，一个波带的脉冲光信号对应一个光延时线圈。
3.如权利要求1所述的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制装置，其特征在于，传输的脉冲光信号的脉冲周期为T，脉冲信道为N，脉宽为td，光延时线圈数量为K，K个光延时线圈对应的光脉冲延时依次为t0，t1，t2，……，tK-1，tK，光脉冲延产生的时间错位t＝tK-tK-1≥td。
4.一种基于如上述权利要求1至3任一项所述装置的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制方法，其特征在于，包括
波带分离，接收传输的脉冲光信号并将脉冲周期内的脉冲光信号分离为多个波带，每个波带包含若干个波长信道；
光延时，将多个波带的脉冲信号分别进行不同时间的传输延时，使各个波带的脉冲光信号在时域上产生时间错位；
波带合波，将延时后的各个波带的脉冲信号进行合波，使合波后的脉冲光信号在任意传输时刻包含的波长信道数小于脉冲周期内的总波长信道数。
5.如权利要求4所述的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制方法，其特征在于，所述光延时线圈组包括多个长度不同的光延时线圈，光延时线圈数量与分离的波带数量相同，一个波带的脉冲光信号对应一个光延时线圈。
6.如权利要求4所述的波分复用光纤传感系统的信号传输非线性效应抑制方法，其特征在于，传输的脉冲光信号的脉冲周期为T，脉冲信道为N，脉宽为td，光延时线圈数量为K，K个光延时线圈对应的光脉冲延时依次为t0，t1，t2，……，tK-1，tK，光脉冲延产生的时间错位t＝tK-tK-1≥td。
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