[发明专利]一种基于PGC方案的多频载波偏振调制解调系统及方法

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，涉及到一种基于PGC方案的多频载波偏振调制解调系统及方法。包括窄线宽低噪声激光器、声光调制器、1×4光纤耦合器、一号匹配干涉仪、二号匹配干涉仪、三号匹配干涉仪、四号匹配干涉仪、一号偏振调制器、二号偏振调制器、三号偏振调制器、四号偏振调制器、4×1光纤耦合器、光纤环行器、调制解调模块、数据采集模块和匹配干涉型光纤光栅传感器系统；通过采用本发明所述的系统及调制解调方法，同时获取了四路偏振通道的干涉结果，为偏振合成提供了关键数据入口的同时，解决1/4降采样问题，从而在不降低系统采样率和调制频率的情况下解决偏振诱导信号衰落问题，保证匹配干涉型光纤光栅传感系统的性能指标。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，涉及到一种基于PGC(PGC，Phase GeneratedCarrier，相位载波调制解调)方案的多频载波偏振调制解调系统及方法。

背景技术

采用一对中心波长相同的光纤光栅构成的法布里-珀罗腔(FBG-FP)传感器具有结构简单、灵敏度高、体积小、重量轻等优点，在水声信号检测、地震波检测等领域有重要的应用。随着光纤光栅制作技术的不断完善，在一根光纤上集成大量的(FBG-FP)传感器成为降低阵列体积和重量、提高阵列可靠性的最佳保障，特别适用于水下、井下等环境恶劣的条件中，例如美国的TB-33水声拖曳阵列、挪威的OBC海底监测系统等均采用这种结构。当对系统注入脉冲对时,每个光栅也会反射回一对脉冲,若这些脉冲在时间上形成如附图图1所示的对应关系,则反射回来的第二个脉冲为FP腔的干涉信号,这种应用方式称为匹配干涉型光纤光栅传感系统。

在匹配干涉型光纤光栅传感系统系统中，每相邻两个光栅及之间的传感光纤构成传感单元，，传感光纤的长度决定了探测灵敏度，在一根光纤上刻写多对光栅就可以构成传感通道的多重时分复用阵列。但是，这种在线式的光路结构又带来了新的问题：系统采用相干检测技术，而光的偏振态是影响光的干涉稳定性的重要因素之一，所以干涉光的偏振态随外界场(如磁场、温度、压力等)干扰而随机变化导致的干涉信号衰落现象必然影响系统的探测性能，即偏振诱导信号衰落现象。由于光纤光栅传感阵列中仅包括光栅，无法引入在传统光纤水听器中用于抗偏振衰落的Faraday旋镜，也无法在传感光栅阵列终采取其它抗偏振衰落方法，从而导致偏振衰落的抑制非常困难，偏振诱导信号衰落成为制约匹配干涉型光纤光栅传感系统系统性能的重要因素。

为解决匹配干涉型光纤光栅传感系统中的偏振衰落问题，偏振切换方法是目前已报道的效果较好的方法之一，并已在国外挪威OptoPlan的海底OBC系统和国内国防科技大学的光纤光栅水听器细线阵中应用。文献“Method and apparatus for providingpolarization insensitive signal processing for interferometric sensors”(USPatent,2008,US 7359061 B2)介绍了挪威OptoPlan小组的偏振切换原理；文献“Low-crosstalk and Polarization-independent Inline Interferometric Fiber SensorArray Based on Fiber Bragg Gratings”(Journal of Lightwave Technology,2016,Vol.34,No.18,pp:4232-4239)和文献“光纤光栅水听器阵列串扰抑制与抗偏振衰落研究”(国防科技大学博士学位论文，2016)介绍了国防科技大学的偏振切换方法原理。两种偏振切换的基本思路一致，对匹配干涉型光纤光栅传感系统依次注入四对不同偏振态的脉冲，获得四个正交偏振通道的干涉结果，再对四个偏振通道进行处理，获取相位信息同时消除偏振衰落的影响。