[发明专利]一种测量光源相对强度噪声功率谱密度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术中光纤传感技术，特别是涉及了一种测量光源相对强度噪声功率谱密度的方法。

背景技术

早期光纤干涉精密测量系统，例如光纤陀螺使用的光源为窄带激光光源，由于激光器具有很好地空间相干性，光纤中由于瑞利散射、端面反射在输出端产生寄生干涉，寄生干涉信号叠加在携带有用信息的干涉信号上，使得检测信噪比下降，限制了光纤干涉仪的测量分辨率。

宽谱光源的出现完美的解决了窄带激光器带来的寄生干涉问题。由于光源谱宽在40nm以上，其空间相干长度在微米量级，使得寄生干涉现象仅发生在干涉臂中点附近极小的一段光纤中，大大降低了寄生干涉对干涉系统信噪比的影响。

宽谱光源的出现解决了寄生干涉问题，但是宽谱光源具有相对强度噪声。相对强度噪声是宽谱光源发光谱中不同频率成分之间随机拍频而成。相对强度噪声在检测电路带宽内可以认为是白噪声，其降低了干涉仪的信噪比，从而降低了干涉仪的分辨率。抑制宽谱光源相对强度噪声对提高光纤陀螺等精密干涉测量系统的分辨率具有很大帮助。为了抑制相对强度噪声，需要对光源相对强度噪声进行准确的测量。

通常测量光源相对强度噪声是通过电子频谱仪进行，将光电探测器输出电压进行隔直流后输入到频谱仪信号输入端，通过频谱仪可以得到噪声功率谱密度。但是这种测量方法中，光源相对强度噪声常常和光电探测器光电转换过程引入的散粒噪声和检测电路的电子噪声混在一起，难以单独测量。

另一方面，电子噪声、散粒噪声和相对强度噪声与光功率之间具有不同的关系，电子噪声功率与光功率无关，散粒噪声功率与光功率的平方根成正比，相对强度噪声功率与光功率成正比。据此，可以通过二项式拟合的手段对三种噪声功率进行分离，从而完成对光源相对强度噪声功率谱密度的准确测量。

本发明提出的通过光功率衰减器与模数转换器采样的方法，可以有效地将光源相对强度噪声从众多噪声中分离出来，通过二项式拟合的手段，准确得到光源相对强度噪声的功率谱密度，极大地降低了其他白噪声源的干扰。

发明内容

针对传统使用电子频谱仪测量光源相对强度噪声的不足，本发明提出了一种测量光源相对强度噪声功率谱密度的方法，使用光功率衰减器和模数转换器采样对光源相对强度噪声进行测量，能够对光源相对强度噪声进行准确测量，测量结果不受其他白噪声源的干扰。

本发明的技术方案是：

1)采用主要由待测光源、可调光功率衰减器、光电探测器、信号调理电路、模数转换电路和上位机依次连接组成的测量系统，通过模数转换器对探测器信号进行采样，根据模数转换器的输出信号在上位机中计算获得输出信号标准差；并同时采集光电探测器的输出电压，根据光电探测器的输出电压计算获得光电探测器的输入光功率；

2)调节可调光功率衰减器，使得待测光源输出的光信号衰减为不同的光功率，在不同光功率下获得一系列的模数转换器的输出信号标准差和光电探测器的输入光功率；

3)根据光源相对强度噪声功率和到达探测器的光功率成正比的关系，对输出信号标准差和输入光功率进行二次多项式拟合，利用拟合系数计算得到光源相对强度噪声功率谱密度。

所述待测光源的出光尾纤与可调光功率衰减器的输入尾纤连接，可调光功率衰减器的输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接。

所述光电探测器接收光信号，将接收到的光信号转换为光电流信号，并通过内部的流压转换电路转换为电压信号输出，光电探测器输出的电压信号与接收到的光信号的光功率成正比；电压信号经信号调理电路滤波放大后，被模数转换电路转换为数字信号，再通过通信模块发送给上位机。

所述的一系列的模数转换器的输出信号标准差和光电探测器的输入光功率采用以下方式获得：在光电探测器接收到的光信号的光功率位于其工作范围的线性区内的条件下，不同的光功率衰减器衰减系数对应不同的光电探测器的探测光功率，改变光功率衰减器衰减系数使得光电探测器和模数转换器接收到的光功率对应发生改变，每次改变后采集，进而处理获得一系列的模数转换器的输出信号标准差和光电探测器的输入光功率。

优选地，所述的一系列的模数转换器的输出信号标准差和光电探测器的输入光功率采用以下方式获得：先将光功率衰减器衰减系数调整到较小值，使得光电探测器接收到的光信号的光功率在其工作范围的线性区内，然后逐步增大光功率衰减器衰减系数，使得光电探测器和模数转换器接收到的光信号的光功率减小，每次改变光功率衰减器的衰减系数后在不同探测光功率下在模数转换器和光电探测器的输出端进行采集，进而处理获得一系列的模数转换器的输出信号标准差和光电探测器的输入光功率。