消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的系统和方法

摘要

本发明公开了消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的系统和方法，该系统包括脉冲信号发生器、第一激光器、第一偏振控制器、第一电光调制器、第二激光器、第二偏振控制器、第二电光调制器、耦合器、掺铒光纤放大器、直流耦合探测器和示波器。本发明采用了在编码脉冲之前加一个不同波长的前置脉冲光的方法，使放大之后的编码脉冲光不会发生畸变，消除了编码脉冲光功率不平坦现象。

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及了消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的系统和方法。

背景技术

光纤传感技术是从20世纪70年代发展而来的一门崭新的技术，随着光导纤维的实用化和光通信技术的发展，光纤传感技术以多元化的姿态迅猛发展。当光在光纤中传输时，由于光纤受外界扰动、温度、应变、位移等环境因素的影响，光信号的偏振态、功率、波长、相位等参数会发生变化。通过检测光纤中光的这些参数，就可以获得光纤周围环境的变化信息，从而实现传感。

研究发现，采用通信中某些码型对光纤传感器的探测脉冲光进行调制，并依据一定解码规则进行处理，可以提高传感器的测量效果。采用编码序列脉冲光与单脉冲光在传感系统中所获得的空间分辨率相同，并可以大幅提高信号的信噪比，不改变信号随时间的变化趋势。可见，采用编码序列脉冲光可以在不降低空间分辨率的前提下提高光纤传感系统的信噪比，使系统获得大的动态范围。

然而，由于光放大器存在瞬时效应，编码脉冲在经过光放大器放大之后功率不再平坦，这会导致解码结果有误，无法获得光纤沿线的正确信息。目前大概有三种方法解决这一问题，第一种方法是先将连续光经EDFA放大后再进行编码脉冲调制，这种方法的缺点是限制了脉冲光的峰值功率。第二种方法是增大编码脉冲的占空比，减弱瞬时效应，这种方法的缺点是不能完全消除瞬时效应。第三种方法是检测放大后的各编码脉冲功率，解码时以实际功率大小比值代替原编码进行解码，这种方法的缺点是实验过程较为复杂，且需要重新推导解码公式。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的系统和方法，能够解决编码脉冲在经过光放大器放大之后功率不再平坦的问题，并克服了现有解决方法的缺陷。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的系统，其特征在于：包括脉冲信号发生器、第一激光器、第一偏振控制器、第一电光调制器、第二激光器、第二偏振控制器、第二电光调制器、耦合器、掺铒光纤放大器、直流耦合探测器和示波器；第一激光器的输出端连接第一偏振控制器的输入端、第一偏振控制器的输出端连接第一电光调制器的输入端，第二激光器的输出端连接第二偏振控制器的输入端，第二偏振控制器的输出端连接第二电光调制器的输入端，脉冲信号发生器的输出端连接第一电光调制器和第二电光调制器的输入端，第一电光调制器和第二电光调制器的输出端连接耦合器的输入端，耦合器的输出端连接掺铒光纤放大器的输入端，掺铒光纤放大器的输出端连接直流耦合探测器的输入端，直流耦合探测器的输出端连接示波器的输入端。

进一步地，所述当第一激光器为保偏输出、第一电光调制器为保偏输入、第二激光器为保偏输出且第二电光调制器为保偏输入时，省略第一偏振控制器和第二偏振控制器，第一激光器的输出端直接连接第一电光调制器的输入端，第二激光器的输出端直接连接第二电光调制器的输入端。

消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的方法，包括如下步骤：

(1)利用脉冲信号发生器产生两路脉冲，一路为编码脉冲，另一路为前置脉冲，前置脉冲在时序上提前编码脉冲ΔT，前置脉冲的宽度为T，第一激光器和第二激光器分别产生波长不同、功率相同的两路连续光，这两路连续光分别经偏振控制器后进行编码脉冲调制和前置脉冲调制，得到编码脉冲光和前置脉冲光；

(2)将步骤(1)得到的编码脉冲光和前置脉冲光进行耦合，将耦合后的光信号进行放大，用直流耦合探测器接收放大后的光信号，用示波器观察光信号的功率；

(3)设定前置脉冲与编码脉冲的间隔ΔT，并通过观察示波器的功率结果不断调节前置脉冲宽度T，直至观察到光信号的功率平坦，将此时的前置脉冲宽度确定为最终的前置脉冲宽度；

进一步地，在前置脉冲的散射信号对编码脉冲无影响的前提下，在步骤(1)中，第一激光器和第二激光器产生的两路连续光，它们的波长相同或不同。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明在编码脉冲光之前一定时间加入前置脉冲光，光放大器在进行放大时，前置脉冲光会消耗掉光放大器中长时间累积的高能级粒子，使有效编码脉冲光各码元得到的增益保持恒定，从而消除不平坦现象。此外，与现有解决方法相比，本发明简单易实现。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图。

图2是本发明应用于光纤传感的系统组成示意图。

图3是不加前置脉冲对编码脉冲进行放大前的结果示意图。

图4是不加前置脉冲对编码脉冲进行放大后的结果示意图。

图5是采用本发明对编码脉冲进行放大前的结果示意图。

图6是采用本发明对编码脉冲进行放大后的结果示意图。

图7是采用本发明与不加前置脉冲方法进行光纤传感测量的结果对比示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明设计了一种消除光放大导致编码脉冲光功率不平坦现象的系统和方法。在本实施例中，将本发明应用于光纤传感中，步骤如下：

步骤1：采用如图1所示的系统，利用脉冲信号发生器产生两路脉冲，一路为编码脉冲，另一路为前置脉冲，前置脉冲在时序上提前编码脉冲ΔT，前置脉冲的宽度为T，激光器1和激光器2分别产生波长不同、功率相同的两路连续光，这两路连续光分别经偏振控制器后进行编码脉冲调制和前置脉冲调制，得到编码脉冲光和前置脉冲光。在本实施例中，采用Golay互补序列作为编码，其脉宽为20ns，占空比为10％，编码长度为64位。

步骤2：将步骤1得到的编码脉冲光和前置脉冲光进行耦合，将耦合后的光信号进行放大，用直流耦合探测器接收放大后的光信号，用示波器观察光信号的功率。

步骤3：设定前置脉冲与编码脉冲的间隔ΔT，并通过观察示波器的功率结果不断调节前置脉冲宽度T，直至观察到光信号的功率平坦，将此时的前置脉冲宽度确定为最终的前置脉冲宽度。

对于不同的光放大器及不同的脉冲光周期，前置脉冲与编码脉冲的间隔ΔT和前置脉冲宽度T需要进行相应的调整。在本实施例中，设定前置脉冲与编码脉冲的间隔ΔT为30us，前置脉冲宽度T为3.2us。

步骤4：采用如图2所示的系统，在步骤3确定的ΔT、T下，将放大后的光脉冲输入到光纤中，光纤长度约为1540m，由于前置脉冲与编码脉冲的频率差很大，扫频时，前置脉冲的布里渊散射信号并不会对编码脉冲的散射信号产生影响。

图3-图6对比了本发明与传统方法产生的编码脉冲的效果，传统方法产生的编码光脉冲最大功率差为1.59dB，而本方法产生的编码光脉冲最大功率差仅为0.16dB。图7对比了本发明与传统方法产生的编码脉冲用于光纤传感测量的结果。从图中可以看出，采用本方法产生的编码光脉冲用于传感测量，测得的温度更为精确，且测量不确定度更低，仅为0.2MHz，传统方法产生的编码光脉冲用于传感测量，测得的加热处光纤的布里渊频移与实际值偏差较大，比实际值小了2MHz。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。