布里渊光时域反射计中电光调制器调制特性研究与控制

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基于自发布里渊散射的光时域反射计(BOTDR)能同时将光纤作为传感敏感元件和信号传输介质,探测光纤沿途温度、应力等物理量的变化,真正实现了分布式测量,近些年来引起人们的广泛关注。在BOTDR系统中,自发布里渊散射信号非常微弱且频率高达十几GHz,不易直接检测。采用自外差相干检测方法可以提高布里渊散射信号的强度,易于获得良好的传感测量精度,但直接将布里渊散射光与本地参考光相干得到的信号仍具有很高的中心频率,造成后续信号处理困难。一种可行的办法是借助电光调制器(EOM)将本地参考光用微波电光调制的方法移频到与布里渊背向散射光接近的频率上,这时相干得到的信号中心频率为几百MHz,很大程度上降低了对光电探测器的要求,易于后续探测和处理。然而,EOM由于自身固有结构的原因,容易受环境中温度、应力等因素的影响发生工作点的漂移,影响了BOTDR系统的测量精度及测量稳定性。本文总结了国内外关于EOM工作点控制的方法,对BOTDR系统中EOM的工作特性及EOM工作点的选取进行了深入的研究,提出了一种用于BOTDR中控制EOM工作点的新方法。这种方法使用数字信号处理器作为硬件平台核心,配合以“步进跟随”算法为基础的控制算法,实现了EOM工作点的自动控制。本文详细讨论了硬件系统设计以及软件算法的特点,分析了系统性能,与传统EOM工作点控制方法进行了比较。实验结果表明,这种方法可以有效的稳定EOM工作点,使EOM长期稳定的工作在高微波调制效率以及高消光比的工作点上。将这个方案应用于BOTDR系统中,得到了稳定的本地参考光,保证了布里渊功率谱的准确性,使BOTDR的测量精度和系统稳定性得到提升。
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