[发明专利]基于单频微波相推的光时延测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于单频微波相推的光时延测量方法，用频率固定的单频微波信号对连续的单波长光信号进行强度调制，并使用电脉冲信号对所得到的强度调制光信号进行调制，在时域上形成分立的一组光脉冲；以所述光脉冲对待测光链路进行探测，并对所得到的携带了待测光链路时延信息的光脉冲串进行拍频处理；以所述电脉冲信号为参考触发，同时对拍频信号和所述单频微波信号进行模数转换，在数字域得到拍频信号和所述单频微波信号之间的缠绕相位差；基于电脉冲信号的时域信息进行相位解缠，进而依据相推法解算得到待测光链路精确的光时延。本发明还公开了一种基于单频微波相推的光时延测量装置。本发明可实现大范围、高精度、多点的光时延测量。

技术领域

本发明涉及一种光时延测量方法，属于光学测量技术领域。

背景技术

在5/6G通信网络、光控相控阵、光纤传感系统、分布式射电望远镜等光载系统中，光时延是一个重要参数，对光时延的测量和控制精度影响系统的性能，因而现有光载系统要求测量技术能兼顾大范围、高精度、多点测量等指标。常用的光时延测量方法包括脉冲法、相推法、频率扫描干涉法这三种。脉冲法通过直接测量光脉冲的往返时间得到光路的延时信息，但是其测量精度受限于脉冲的宽度，窄脉冲才能保证高测量精度(一般在纳秒量级)。相推法通过光链路的相位响应计算链路的群时延变化，从而得到光时延，精度较高(可到数十飞秒量级)。但是由于鉴相器的鉴相范围受限在360°范围内，所以相推法为了得到群时延响应需要调制一系列的微波信号进行相位解缠，这需要高性能的矢量网络分析仪不断切换发射和接收微波信号的频率并进行实时鉴相，导致相推法测时延成本高昂，除此之外，该方案无法测量光路中的多个反射点。频率扫描干涉法通过使用连续线性扫频的激光器，通过干涉频率得到时延信息。该方案受限于激光器的线宽和线性扫频的线性度，测量范围一般在千米级左右。

综上，现有光时延技术存在以下问题：1)脉冲法无法实现高精度的光时延测量；2)相推法需要切换多个频率的微波信号进行相位解缠，装置价格昂贵，且无法测量多反射点；3)频率扫描干涉法无法实现长距离光时延测量。

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，提供一种基于单频微波相推的光时延测量方法，可以通过单频微波信号实现相位解缠，从而实现大范围、高精度、多点的光时延测量。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

基于单频微波相推的光时延测量方法，用频率固定的单频微波信号对连续的单波长光信号进行强度调制，并使用电脉冲信号对所得到的强度调制光信号进行调制，在时域上形成分立的一组光脉冲；以所述光脉冲作为探测信号对待测光链路进行探测，并用光电探测器对所得到的携带了待测光链路时延信息的光脉冲串进行拍频处理；以所述电脉冲信号为参考触发，同时对拍频信号和所述单频微波信号进行模数转换，在数字域得到拍频信号和所述单频微波信号之间的缠绕相位差；基于所述电脉冲信号的时域信息对所述缠绕相位差进行相位解缠，进而依据相推法解算得到待测光链路精确的光时延。

优选地，待测光链路精确的光时延通过以下公式解算：

其中，τ_i为待测光链路在反射式探测条件下第i个反射点的光时延量，或为待测光链路在直通式探测条件下第i条并行支路的光时延量；τ′_i为所述电脉冲信号和所述拍频信号中第i个光电流脉冲信号的时间间隔；f_m为所述单频微波信号的频率；为拍频信号和所述单频微波信号之间的缠绕相位差；[…]为四舍五入取整符号。

优选地，所述以所述电脉冲信号为参考触发，同时对拍频信号和所述单频微波信号进行模数转换，具体实现方式如下：以拍频信号和所述单频微波信号作为同一个双通道模数转换器的两通道输入，并以所述电脉冲信号作为该双通道模数转换器的触发信号。

优选地，所述使用电脉冲信号对所得到的强度调制光信号进行调制，具体为：令所述强度调制光信号经过一个光开关，并用所述电脉冲信号对光开关进行控制。