[发明专利]基于光矢量分析的光时延测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于光矢量分析的光时延测量方法，用微波扫频信号对频率随时间周期性变化的单频光载波进行强度调制；然后将所生成的调制光信号输入待测光链路并将反射回来的调制光信号转换为电信号；提取所述电信号的幅相信息并对其进行逆傅里叶变换，得到待测光链路的时域脉冲响应，并根据其中所包含的各反射点的时域脉冲响应计算出各反射点的光时延。本发明还公开一种基于光矢量分析的光时延测量装置。相比现有技术，本发明同时具有超远的测量距离及较高的时域分辨力和时延测量精度。

技术领域

本发明涉及光测量技术领域，尤其涉及一种光时延测量方法。

背景技术

随着光学类信息系统的快速发展，高精度的光时延测量和控制成为5G无线通信网络、光控相控阵和分布式雷达网络等高性能信息系统研发和应用的关键。光器件在研制和生产过程中，需要单端检测以提高生产效率。然而对于光链路而言，其一般由多种器件组成，涉及到光纤与其它材料的耦合，会产生多个反射点，各反射点的反射光互相干涉，对光链路的时延测量造成影响。这一类问题本质上都是因为探测光存在多条传输路径，而现有的测量技术不具备时域分辨的能力。

目前光时延测量方法主要有脉冲法、频率扫描干涉法、相推法三种。脉冲法测量精度受限于脉冲宽度，一般在纳秒量级，无法满足高精度的时延测量需求，而且其测量精度和测量距离是一对矛盾量；频率扫描干涉法能够达到较高的测量精度，但是其本质是通过大频域带宽换取高测量精度，无法测量窄带光器件和长光纤链路，在很多场景下应用受限；相推法利用传输时相位变化解算光纤时延，可以在数GHz的窄带测量范围内实现十飞秒量级的测量精度(S.P.Li,T.Qing,J.B.Fu,X.C.Wang,S.L.Pan,“High-Accuracy and FastMeasurement of Optical Transfer Delay,”IEEE Transactions on Instrumentationand Measurement,vol.70,8000204,2021.)，但是其无法测量多路径传输时延，不能在保证测量距离、测量精度的同时拥有时域分辨能力，因而无法应用于光纤链路的诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光矢量分析的光时延测量方法，同时具有超远的测量距离及较高的时域分辨力和时延测量精度。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于光矢量分析的光时延测量方法，用微波扫频信号对频率随时间周期性变化的单频光载波进行强度调制；然后将所生成的调制光信号输入待测光链路并将反射回来的调制光信号转换为电信号；提取所述电信号的幅相信息并对其进行逆傅里叶变换，得到待测光链路的时域脉冲响应，并根据其中所包含的各反射点的时域脉冲响应计算出各反射点的光时延。

优选地，所述根据待测光链路的时域脉冲响应中所包含的各反射点的时域脉冲响应计算出各反射点的光时延，具体按照以下公式：

其中，h(t)为待测光链路的时域脉冲响应，η是将反射回来的调制光信号转换为电信号所使用光电探测器的响应度，G是反射光得到的光放大增益，M是所述强度调制的调制指数，N是反射点的数量，A_n、τ_n分别为第n个反射点的反射光幅度和光时延，t为时间，δ(t-τ_n)表示第n个反射点的时域脉冲响应。

进一步地，该方法还包括：通过将各反射点的时域脉冲响应分别变换至频域，得到各反射点反射光的幅度和相位；利用各反射点反射光的相位，通过相推法计算出各反射点反射光的群时延，并以所计算出的群时延作为相应反射点反射光的准确光时延。

优选地，通过对分布式反馈激光器输入幅度呈周期性变化的驱动信号来生成所述光载波。

优选地，先对反射回来的调制光信号进行放大和滤波处理之后，再将其转换为电信号。

基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：