[发明专利]基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法及装置有效

专利信息
申请号: 202010788052.5 申请日: 2020-08-07
公开(公告)号: CN111781607B 公开(公告)日: 2023-03-03
发明(设计)人: 许新科;孔明;赵军;王道档;刘维;刘璐;郭天太 申请(专利权)人: 中国计量大学
主分类号: G01S17/36 分类号: G01S17/36;G01S17/34;G01S7/491;G01S7/497
代理公司: 杭州钤韬知识产权代理事务所(普通合伙) 33329 代理人: 唐灵;赵杰香
地址: 310018 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 基于 激光 调频 连续 反向 调谐 色散 对消 方法 装置
【权利要求书】:

1.一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1:外腔可调谐激光器进行线性调频输出的激光经过隔离器、第一耦合器分为两部分:一部分进入主光路,产生测量信号;一部分进入第一辅助光路,产生辅助干涉信号,将辅助干涉信号作为时钟信号,对测量信号进行等频重采样,得到包含有光纤色散影响的测量信号;

S2:外腔可调谐激光器进行正向调谐和反向调谐,按照步骤S1进行对测量信号进行采样,得到正向调谐的测量信号以及反向调谐的测量信号;

S3:分别提取正反向测量信号的相位,并进行相位展开;

S4:通过将正反向测量信号的相位相加求平均,实现色散相位的抵消,得到降低色散影响后的测量信号;

S5:对步骤S4中的测量信号进行ChirpZ变换,即可得到降低色散影响的目标距离。

2.根据权利要求1所述一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法,其特征在于:步骤S2中外腔可调谐激光器以某一波长为起始点分别正向和反向进行调谐,得到相应的测量信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法,其特征在于:步骤S1中对测量信号进行等频重采样的方式为过零点采样的方式。

4.根据权利要求1所述一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法,其特征在于:步骤S3中采用Hilbert变换分别提取正反向调谐下的测量信号相位。

5.根据权利要求1所述一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法,其特征在于:步骤S1中外腔可调谐激光器线性调频方式包括三角波调频方式。

6.一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消的装置,其特征在于:包括外腔可 调谐激光器(1)、隔离器(2)、第一耦合器(3)、主光路(4)、第一辅助光路(5)、光纤出射端面(6)、光学发射/接收系统(7)、数据采集卡(8)、信号处理系统(9);

所述主光路(4)包括第二耦合器(41)、光学环形器(42)、第一3dB耦合器(43)、第一探测器(44);所述第一辅助光路(5)包括第三耦合器(51)、不等臂长差的光纤(52)、第二3dB耦合器(53)、第二探测器(54);所述主光路(4)与所述第一辅助光路(5)的光学器件之间通过光纤传输光信号;

其中,外腔调谐激光器(1)进行线性调频,输出的光经过所述隔离器(2)、所述第一耦合器(3)后分为两路光,其中99%的能量进入所述主光路(4),经过所述第二耦合器(41)后分为两部分光,一部分光经过所述光学环形器(42)、光纤出射端面(6)和光学发射/接收系统(7)后到达目标,经目标表面反射后沿原路返回的光通过所述第一3dB耦合器(43)到达第一探测器(44);另一部分光直接经所述第一3dB耦合器(43)后到达第一探测器(44),并与目标返回光形成外差干涉,该部分为测量信号;所述测量信号由所述第一探测器(44)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(8)记录;

由第一耦合器(3)分出的1%的能量进入所述第一辅助光路(5);经第三耦合器(51)后分为能量相等的两部分光,经过不等臂长差的光纤(52)后通过第二3dB耦合器(53),在所述第二探测器(54)上形成外差干涉信号,该部分为辅助干涉信号;所述辅助干涉信号由所述第二探测器(54)检测后转后为电信号输出被所述数据采集卡(8)记录;

将所述辅助干涉信号作为时钟信号,对测量信号进行等频重采样,得到校正后的测量信号,将校正的后的测量信号由所述第一探测器(44)检测后转换为电信号并被所述数据采集卡(8)记录;所述数据采集卡(8)将采集的数据传输至所述信号处理系统(9),所述信号处理系统(9)对来自第一探测器(44)以及第二探测器(54)的信号进行处理,得到拍频非线性校正过的测量信号;所述测量信号为包含有色散影响的测量信号;

通过所述外腔调谐激光器(1)进行正向调谐和反向调谐,得到正向调谐的测量信号以及反相调谐的测量信号;所述两测量信号由所述第一探测器(44)检测后转换为电信号并被所述数据采集卡(8)记录;所述数据采集卡(8)将采集的数据传输至所述信号处理系统(9),所述信号处理系统(9)对来自第一探测器(44)的信号进行处理,提取两测量信号的相位,并将两相位相加求平均,得到降低色散影响的测量信号数据,并对两信号数据进行ChirpZ变换,得到目标距离。

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