光脈沖壓縮反射儀中的噪聲機(jī)理分析和性能優(yōu)化.pdf

1、光纖反射測(cè)量技術(shù)在光纖通信網(wǎng)絡(luò)、深海探測(cè)、石油化工、工程建筑健康檢測(cè)、電力系統(tǒng)及航空航天等各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)可以有效的測(cè)量目標(biāo)光纖中各位置的損耗、溫度浮動(dòng)、應(yīng)力變化等信息。光纖反射測(cè)量技術(shù)中的光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR)的原理與實(shí)驗(yàn)簡單，但空間分辨率與探測(cè)范圍相互制約。光頻域反射技術(shù)(OFDR)利用寬帶調(diào)頻信號(hào)提升了空間分辨率，但探測(cè)范圍依然受到光源相干長度的制約。近年來，我們提出了一種新的光脈沖壓縮反射技術(shù)(OPCR)，克服

2、了OTDR中空間分辨率與探測(cè)范圍之間的限制，同時(shí)突破了激光相干長度對(duì)探測(cè)范圍的制約。
　　本文對(duì)OPCR中的不同光源相干長度和不同探測(cè)范圍受系統(tǒng)噪聲的影響進(jìn)行系統(tǒng)的理論推導(dǎo)與仿真分析。通過數(shù)值仿真研究了OPCR系統(tǒng)中的各光電器件對(duì)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，其中包括采用窄線寬激光器、引入光放大器補(bǔ)償待測(cè)光纖的傳輸損失、增加光濾波器濾除有效信號(hào)外的雜波噪聲。將優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)運(yùn)用于長距離光纖的探測(cè)。
　　本文主要內(nèi)容包

3、括以下幾個(gè)方面：
　?。?）理論分析
　　首先分析光脈沖壓縮反射儀光子鏈路中熱噪聲、散彈噪聲和相對(duì)強(qiáng)度噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，然后針對(duì)光脈沖壓縮反射儀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中運(yùn)用的各光電器件的工作機(jī)制進(jìn)行分析其中包括單邊帶調(diào)制器、平衡光電探測(cè)器和摻鉺光纖放大器等，分析各光電器件對(duì)長距離光纖探測(cè)的影響。
　?。?）數(shù)值仿真
　　首先就不同光源相干長度和不同探測(cè)范圍受系統(tǒng)噪聲的影響進(jìn)行系統(tǒng)的理論推導(dǎo)與仿真分析；其次就優(yōu)化后的OPCR系統(tǒng)中

4、各個(gè)光電器件的性能進(jìn)行數(shù)值仿真；最后將各個(gè)光電器件的相關(guān)參數(shù)應(yīng)用到OPCR的仿真中用于分析各光電器件在OPCR光子鏈路中對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的影響。
　　（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
　　搭建優(yōu)化后的OPCR系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證了理論推導(dǎo)與數(shù)值仿真的合理性。首先在延時(shí)非零拍自外差法的基礎(chǔ)上測(cè)量了窄線寬激光器與半導(dǎo)體激光器的線寬，就優(yōu)化后OPCR系統(tǒng)平臺(tái)采用窄線寬激光器在cm量級(jí)空間分辨率下對(duì)長距離光纖進(jìn)行測(cè)量；其次就原OPCR系統(tǒng)平臺(tái)半導(dǎo)體激光器同樣在