基于啁啾脉冲的光反射仪的研究

发布时间：2017-10-01 11:17

  本文关键词：基于啁啾脉冲的光反射仪的研究

  更多相关文章： 光反射仪 啁啾脉冲 空间分辨率 测量距离

【摘要】：光反射仪是测量光纤传输特性的仪器,现已经广泛应用于光纤通信系统的诊断中。近年来,有关光反射仪的技术发展迅速,如光时域反射仪(OTDR,Optical Time Domain Reflectometry)、光相干域反射仪(OCDR,Optical Coherent Domain Reflectometry)、光频域反射仪(OFDR,Optical Frequency Domain Reflectometry)等。相干光时域反射仪(COTDR)是在OTDR的基础上,对光纤中返回的光信号采用相干接收的方式,进一步提升了检测信号的动态范围和探测距离。利用OCDR,不需要高速光电探测和信号采集设备就可以实现高空间分辨率,但是其测量距离受光源相干长度的限制,而且需要很长的延时光纤,其测量距离一般只有几千米。COTDR的测量距离可以达到几十公里到上百公里,但是其空间分辨率比较低(难以超过1米),空间分辨率与测量距离是一对相互矛盾的量,随着空间分辨率的提高,可测量的光纤的距离会相应地缩短。为了克服COTDR中空间分辨率和测量距离之间的矛盾,本文提出了一种基于外部调制啁啾脉冲方案的COTDR技术,采用声光调制器,将探测光脉冲调制为具有线性频率啁啾的脉冲,而本地探测光为没有调制的连续光。该技术的空间分辨率取决于频率啁啾的范围,而与脉冲的持续时间无关,克服了传统COTDR技术中空间分辨率与测量距离之间的矛盾。在实验中,利用该技术实现了58.6 km测量距离下1.2 m的空间分辨率,动态范围超过20 d B。在此基础上,啁啾脉冲调制方案进一步应用于OCDR技术,将探测光和本地振荡光分别调制成为具有线性频率啁啾的脉冲,并且探测光脉冲和本地振荡光脉冲的时间延迟可以通过数字信号进行精确调整。该方案不需要高速数据采集设备,且克服了传统OCDR技术中频率调制速率与测量距离之间的矛盾,在验证实验中,OCDR的测量距离达到24.6 km,其空间分辨率为3.9 m。
【关键词】：光反射仪 啁啾脉冲 空间分辨率 测量距离
【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
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 光反射仪的历史和研究现状11-13
• 1.2.1 光时域反射仪简介11-12
• 1.2.2 光相干域反射仪简介12-13
• 1.3 研究意义13-14
• 1.4 本文的主要工作和创新点14-16
• 第二章 光反射仪的基本原理16-27
• 2.1 后向散射理论16-20
• 2.1.1 瑞利散射原理17-18
• 2.1.2 菲涅尔反射18-20
• 2.2 光外差探测原理20-22
• 2.3 主要技术指标22-26
• 2.3.1 动态范围22-23
• 2.3.2 空间分辨率23
• 2.3.3 盲区23-24
• 2.3.4 脉冲宽度24-25
• 2.3.5 采样点和采样分辨率25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于啁啾脉冲的COTDR的研究27-44
• 3.1 COTDR的原理27-29
• 3.1.1 COTDR的测量原理27-29
• 3.1.2 动态范围与空间分辨率的矛盾29
• 3.2 基于啁啾脉冲的COTDR原理的设计29-32
• 3.3 基于啁啾脉冲的COTDR的实验系统32-38
• 3.3.1 声光调制器的工作原理32-34
• 3.3.2 啁啾脉冲产生的设计34-35
• 3.3.3 基于啁啾脉冲的COTDR的系统结构设计35-36
• 3.3.4 基于啁啾脉冲的COTDR的实验原理36-38
• 3.4 基于啁啾脉冲的COTDR的实验结果与分析38-43
• 3.4.1 实验结果38-42
• 3.4.2 实验结果分析42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 基于双啁啾脉冲的光相干域反射仪44-56
• 4.1 光相干域反射仪的原理44-47
• 4.1.1 基于合成相干函数的OCDR45-46
• 4.1.2 周期调制OCDR存在的主要问题46-47
• 4.2 基于双啁啾脉冲的OCDR原理47
• 4.3 基于双啁啾脉冲OCDR实验系统设计47-52
• 4.3.1 啁啾脉冲产生的设计47-48
• 4.3.2 双啁啾脉冲OCDR实验原理48-50
• 4.3.3 双啁啾脉冲OCDR的空间分辨率50-51
• 4.3.4 双啁啾脉冲OCDR的原理验证51-52
• 4.4 双啁啾脉冲OCDR实验结果与分析52-55
• 4.4.1 实验测量曲线52-54
• 4.4.2 实验分析54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 研究总结56
• 5.2 未来展望56-58
• 参考文献58-62
• 缩略语表62-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文64-66

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本文编号：953161