光频域反射仪的平衡混频式偏振分集光外差相干接收技术研究

发布时间：2017-09-18 17:23

  本文关键词：光频域反射仪的平衡混频式偏振分集光外差相干接收技术研究

  更多相关文章： 光频域反射仪 偏振分集 平衡接收机 外差检测

【摘要】：高精度的分布式光纤测量技术因其独特的分布参量分析能力和显著的距离分辨能力,随着器件生产工艺及相关测量技术的成熟,近年来引起了国内外的广泛关注。作为一种极其重要的测量和分析手段,它可被广泛用于光纤链路的故障检测,桥梁、大坝、输油管道、电力线路等大尺度构件的健康状况监测,以及矿井、隧道、楼房等的塌方预警。光时域反射(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)和光频域反射(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)是分布式光纤后向散射测量技术中最具代表性的也是应用广泛的两种技术。本世纪以来,随着新型应用需求的出现,相关器件的不断完善和关键技术的进步发展,极大地促进了OTDR、OFDR技术的发展及其产品化进程。相比较OTDR,OFDR具有更高的信噪比(SNR)、空间分辨率和灵敏度,能满足现代更加苛刻的测试要求。2006年,美国Luna Technologies公司推出了全球首款OFDR产品,可支持距离范围2公里、分辨率3毫米的测量,但其售价昂贵,很难广泛的使用。我国在OFDR仪器方面仍属于空白,完全依赖于进口。为了适应上述的分布式测量需求,我们需要对现有的OFDR技术进行改进和完善,提升其性能。本文深入研究、分析了OFDR的理论和关键技术,建立了OFDR系统设计模型。重点针对OFDR系统接收机中存在的本振光强度噪声、交叉调制、偏振衰落问题对系统性能的影响,进行了深入地理论分析,并阐述了平衡接收、外差检测、偏振分集接收等解决方案,为设计OFDR系统接收机做了理论验证。论文进一步设计并实现了OFDR系统的平衡混频式偏振分集光外差接收机,对平衡接收机的模拟前端涉及的光电流放大,宽带滤波,低通滤波,相干解调进行了详细分析。最后结合本文设计的接收机方案,本文实现了基于DFB激光器的OFDR系统,实现了范围2公里、分辨率3毫米的测量。
【关键词】：光频域反射仪 偏振分集 平衡接收机 外差检测
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 分布式光纤传感测量技术概述9-10
• 1.1.2 光频域反射仪概述10
• 1.1.3 光频域反射仪技术的发展现状10-11
• 1.1.4 相干探测技术11-12
• 1.2 本文的研究工作12-15
• 第二章 光频域反射系统分析15-27
• 2.1 OFDR系统结构与原理15-17
• 2.2 OFDR系统主要性能指标17-23
• 2.2.1 相位噪声18-21
• 2.2.2 扫频范围有限21
• 2.2.3 扫频非线性21-23
• 2.2.4 接收机噪声23
• 2.3 OFDR系统设计方案讨论23-26
• 2.3.1 激光器方案讨论23-24
• 2.3.2 扫频非扫频抑制24-26
• 2.3.3 接收机方案讨论26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 OFDR系统的接收机分析27-39
• 3.1 光外差相干检测27-32
• 3.1.1 非相干与相干检测27-29
• 3.1.2 零差检测与外差检测29-30
• 3.1.3 交叉干涉30-32
• 3.2 偏振衰落与偏振分集接收32-35
• 3.2.1 偏振衰落分析32-33
• 3.2.2 偏振分集接收33-35
• 3.3 平衡接收分析35-38
• 3.3.1 强度噪声35-36
• 3.3.2 平衡接收机36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 平衡混频式偏振分集光外差接收机系统设计39-53
• 4.1 光频域反射仪接收机系统整体设计方案39-40
• 4.2 接收机光路部分设计40-44
• 4.2.1 45°熔接点40-41
• 4.2.2 声光调制器41-42
• 4.2.3 平衡光电探测器42-44
• 4.3 接收机电路部分设计44-52
• 4.3.1 声光调制器驱动电路设计44-47
• 4.3.2 接收机模拟前端设计47-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 OFDR接收机系统测试53-59
• 5.1 电路测试53-56
• 5.1.1 声光调制器驱动输出测试53-54
• 5.1.2 本地解调信号输出测试54
• 5.1.3 相干解调电路测试54-56
• 5.2 光频域反射仪系统测试56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第六章 全文总结59-61
• 6.1 主要结论59-60
• 6.2 研究展望60-61
• 参考文献61-65
• 附录一 符号与标记65-66
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文66-67
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目67-68
• 致谢68-70

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本文编号：876840