[发明专利]矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统有效

专利信息
申请号: 202010817451.X 申请日: 2020-08-14
公开(公告)号: CN111947696B 公开(公告)日: 2021-11-23
发明(设计)人: 张敬栋;朱涛;郑华;吴昊庭;郭南 申请(专利权)人: 重庆大学
主分类号: G01D5/34 分类号: G01D5/34
代理公司: 重庆市诺兴专利代理事务所(普通合伙) 50239 代理人: 刘兴顺
地址: 400030 *** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 矢量 光学 啁啾 链布里渊 时域 分析 系统
【权利要求书】:

1.一种矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,包括激光器,该激光器的输出端与耦合器的输入端连接,该耦合器的第一输出端与第一电光调制器的第一输入端连接,该第一电光调制器的第二输入端与任意波形发生器的第一输出端连接且其输出端与第一密集波分复用器的输入端连接,该第一密集波分复用器的第一输出端和第二输出端分别通过第一偏振控制器、第二偏振控制器与偏振合束器的输入端连接,该偏振合束器的输出端连接传感光纤的第一端;

该耦合器的第二输出端与第二电光调制器的第一输入端连接,该第二电光调制器的第二输入端与该任意波形发生器的第二输出端连接且其输出端与环形器的第一端连接,该环形器的第二端连接该传感光纤的第二端且其第三端连接第二密集波分复用器的输入端,该第二密集波分复用器的第一输出端和第二输出端分别连接第一光电探测器和第二光电探测器;

所述激光器输出的激光被所述耦合器分成两路激光,其中一路激光在所述第一电光调制器的调制下产生两个边带,所述两个边带被该第一密集波分复用器分成上边带和下边带,所述第一偏振控制器和第二偏振控制器分别对上边带和下边带进行偏振控制,以使上边带和下边带的偏振态正交,偏振态正交的上边带和下边带经该偏振合束器合束后传输给该传感光纤的第一端,其中该上边带和下边带中均包括啁啾链和参考光;

另一路激光被所述第二电光调制器调制成脉冲光信号,该脉冲光信号通过该环形器被传输给该传感光纤的第二端,在该传感光纤中上边带和下边带中的啁啾链分别与该脉冲光信号发生受激布里渊散射,分别产生上边带的探测光和下边带的探测光,该上边带中的探测光和参考光、以及该下边带的探测光和参考光通过该环形器被传输给第二密集波分复用器,该第二密集波分复用器将该上边带中的探测光和参考光、以及该下边带的探测光和参考光分别输出,由该第一光电探测器对该上边带中的探测光和参考光进行拍频,获得第一拍频信号,由第二光电探测器对该下边带中的探测光和参考光进行拍频,获得第二拍频信号;对该第一拍频信号和第二拍频信号进行数字相干解调,分别获得上边带和下边带中探测光的幅相信息,处理器将上边带的幅相信息与下边带的幅相信息相减,消除啁啾链与脉冲光信号偏振变化引起的偏振衰落现象,获得无偏振衰减的探测光幅相信息,基于该无偏振衰减的探测光幅相信息,进行矢量光学布里渊时域分析。

2.根据权利要求1所述的矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,在该偏振合束器的输出端与该传感光纤的第一端之间还设置有隔离器。

3.根据权利要求1或2所述的矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,在该第二电光调制器的输出端与该环形器的第一端之间还设置有光放大器。

4.根据权利要求1所述的矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,所述任意波形发生器输出的波形满足:

其中,V0是输出信号的幅值,T为一个啁啾脉冲的宽度,K啁啾脉冲的啁啾率,fb为光纤的布里渊频移,fR为参考光与探测光之间的频差,t表示时间。

5.根据权利要求1所述的矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,所述第一电光调制器输出的光场表示为:

其中,E0是电光调制器输入光场的复振幅,fc为光载波的频率,T为一个啁啾脉冲的宽度,K啁啾脉冲的啁啾率,fb为光纤的布里渊频移,fR为参考光与探测光之间的频差,t表示时间。

6.根据权利要求1所述的矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,基于该无偏振衰减的探测光幅相信息,进行矢量光学布里渊时域分析时,按照以下步骤进行:

步骤S110、将该无偏振衰减的探测光幅相信息转换为矢量布里渊谱其中A(f)表示该传感光纤上每段光纤的布里渊幅度谱,表示该传感光纤上每段光纤的布里渊相移谱;

步骤S120、根据该矢量布里渊谱采用复数主成分分析方法对布里渊频移信息进行提取。

7.根据权利要求6所述的矢量光学啁啾链布里渊时域分析系统,其特征在于,所述步骤S120包括:

步骤S121、通过数值仿真方法改变光纤布里渊中心频移,获得不同的矢量布里渊谱,将不同的矢量布里渊谱组成M×N的参考矩阵XM×N,其中M为布里渊中心频移个数,N为一个矢量布里渊谱的数据点数;

步骤S122、对参考矩阵XM×N进行归一化形成零均值参考矩阵

步骤S123、计算零均值参考矩阵的协方差矩阵:

其中是的共轭转置;

步骤S124、对CN×N进行特征分解:

其中ΛN×N=diag(λ1,...,λN)为实数对角阵,包含了由大到小的特征值λj;UN×N为复数方阵 ,其列向量uj为特征值λj的特征向量,又叫做参考矩阵的主成分,λj代表了主成分uj的能量;

步骤S124、将前j个主成分的积累能量定义为:

选择远小于N的数字L,使得其积累能量gL大于设定阈值α;

步骤S125、将复数方阵UN×N的前L列组成复数转换矩阵WN×L

步骤S126、零均值参考矩阵在复数转换矩阵WN×L的投影为:

其中SM×L的行向量si为零均值参考矩阵相应行xi的分数向量,对于待测的矢量布里渊谱向量y1×N,其在复数转换矩阵WN×L的投影为分数向量z1×L=y1×NWN×L

步骤S127、为了获得待测的矢量布里渊谱向量y的布里渊频移,对分数向量z分别和向量si求复数向量空间欧氏距离:

其中||z-si||2为z-si的欧式范数;

步骤S128、将欧式距离最小的第m个分数向量sm对应的布里渊中心频移作为待测矢量布里渊谱向量的布里渊频移。

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