全光信号处理辅助的高空间分辨率OFDR技术研究

发布时间：2017-05-16 01:08

  本文关键词：全光信号处理辅助的高空间分辨率OFDR技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤传感技术相比较于传统电子传感技术,具有无可比拟的技术优势,可以应用于从工程到医学等多种领域。其中,基于分布式光纤传感技术的光频域反射仪(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)凭借着极高的空间分辨率和极高的灵敏度被广泛应用于各种高端监测领域。OFDR系统的高空间分辨率要求光源的频率扫描范围大且线性度好,为了避免非线性扫频的影响,可以采用光源外调制的方法实现光源扫频。然而,由于原理本身和工艺的限制,尤其是机械、电子瓶颈和材料带宽的限制,使得外调制方法中激光扫频的速度、带宽等性能的进一步提升变得极为困难。针对这一难题,本课题采用全光信号处理辅助的方法,得到了高速宽带的激光扫频。本文提出了使用马赫-增德尔电光调制器调制出的高阶边带光作为具有扫频特性的光载波导入OFDR系统的方案。相对传统OFDR系统使用第一阶调制边带进行扫频,第N阶边带将具有N倍的扫频范围。在此基础上,提出了级联四波混频方案,基于光纤非线性效应构建出了具有更宽扫频范围的光源系统。根据理论分析,搭建了OFDR实验系统进行方案验证。实验过程中,由于扫频边带功率太低,为了获得有效的测量结果,使用了掺铒光纤放大器进行功率放大。最终,在射频信号扫频范围为638.4MHz时测量得到0.75cm的空间分辨率,传统方案中则需要13.33GHz光源扫频范围,证明了本文方案能够显著提高OFDR空间分辨率。
【关键词】：光频域反射仪 空间分辨率 外调制 全光信号处理
【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】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 光纤传感技术10-12
• 1.1.1 分布式光纤传感技术10-11
• 1.1.2 基于背向瑞利散射的分布式光纤传感11-12
• 1.2 OFDR发展和应用12-15
• 1.2.1 OFDR在光网络故障诊断中的应用13-14
• 1.2.2 OFDR在光纤传感器中的应用14-15
• 1.3 全光信号处理15-19
• 1.3.1 全光信号处理概念15
• 1.3.2 全光放大15-17
• 1.3.3 全光波长转换17-19
• 1.4 本文的研究目标19-21
• 第二章 OFDR技术原理及重要性能指标21-29
• 2.1 OFDR的技术原理21-25
• 2.1.1 光外差探测原理21-22
• 2.1.2 OFDR工作原理22-24
• 2.1.3 OFDR理论分析24-25
• 2.2 OFDR重要性能指标25-28
• 2.2.1 OFDR空间分辨率25-26
• 2.2.2 OFDR测量距离26-28
• 2.2.3 测量灵敏度28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 基于光频率梳的高空间分辨率OFDR29-48
• 3.1 调制原理29-30
• 3.1.1 内调制29-30
• 3.1.2 外调制30
• 3.2 基于高阶边带扫频的OFDR系统原理30-34
• 3.2.1 马赫-增德尔电光调制器31-32
• 3.2.2 实验方案原理32-34
• 3.3 基于高阶边带扫频的OFDR系统结构34-37
• 3.3.1 系统结构框图34-35
• 3.3.2 光纤布拉格光栅35-36
• 3.3.3 掺铒光纤放大器36-37
• 3.4 基于高阶边带扫频的OFDR实验装置37-40
• 3.5 基于高阶边带扫频的OFDR实验结果40-47
• 3.5.1 实验光谱40-44
• 3.5.2 高空间分辨率测量结果44-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 基于四波混频效应的高空间分辨率OFDR48-68
• 4.1 四波混频效应48-51
• 4.1.1 四波混频基本理论48-50
• 4.1.2 四波混频的影响和应用50-51
• 4.2 基于闲频光扫频的OFDR系统原理51-54
• 4.3 基于闲频光扫频的OFDR实验系统54-57
• 4.3.1 系统结构框图54-55
• 4.3.2 实验装置55-57
• 4.4 基于闲频光扫频的OFDR实验结果57-60
• 4.5 高空间分辨率OFDR系统分析60-66
• 4.5.1 基于高阶边带扫频OFDR分析60-62
• 4.5.2 基于闲频光扫频OFDR分析62-64
• 4.5.3 误差分析及方案对比64-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 研究总结68-69
• 5.2 未来展望69-70
• 参考文献70-74
• 缩略语表74-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文76-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 毕卫红;刘银;;Mach-Zehnder电光调制器产生多波长光源的实验研究[J];光电工程;2011年07期

2 刘德明;孙琪真;;分布式光纤传感技术及其应用[J];激光与光电子学进展;2009年11期

3 吴飞;李立新;李志全;;均匀光纤布拉格光栅横向受力特性的理论分析[J];中国激光;2006年04期

4 刘建龙,孙继斌,田久华;掺铒光纤放大器[J];现代电子技术;2004年12期

5 邵钟浩,张国强,林洪榕,马骏;全光波长转换技术及其新进展[J];光电子技术;2001年03期

  本文关键词：全光信号处理辅助的高空间分辨率OFDR技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：369268