基于載波抑制的單邊帶調制寬頻線性掃頻系統及方法與流程

本發明涉及寬頻線性掃頻系統，屬于光纖傳感
技術領域：
，更具體地說，本發明涉及一種基于載波抑制的單邊帶調制寬頻線性掃頻系統。
背景技術：
：如果光源需要具備頻率線性掃描特性，則需要對光源進行調制，以使整個系統可以正常工作。根據調制位置，通常可以分為光源內調制和光源外調制。光源的內調制，就是改變激光器的工作電流、諧振腔長度或溫度等，在激光器內部進行調制，使得激光器直接輸出具有所需要特性的光。內調制使得光源具有很寬的掃頻范圍，然而，光源內調制可能會引入非線性掃頻的問題。當光源非線性掃頻時，會給實際應用帶來很多問題，比如在ofdr中，光源非線性掃頻會導致同一點處不同時刻產生的背向散射光與本振光相干時無法形成固定的拍頻，從而無法由拍頻結果得到對應的光纖位置，所以非線性掃頻會直接影響ofdr的測量結果。為了克服光源內調制的不足，也可以使用光源的外部調制，即在激光形成以后給光波加載信號以完成調制，具體方法是在激光器外部連接調制器，通過加載電信號來改變其工作特性。當激光器輸出激光后，調制器便可以對通過的激光進行調制。外調制并不是通過改變激光器的參數來實現光調制，而是在光波已經產生后對做一些處理來改變它的物理性質。在進行光源外調制時，激光器與調制器是相互分開的，所以調制起來相對簡單。但是由于調制器的性能會影響整個調制的質量，所以外調制過程對調制器的要求很高。對一般的調制器，射頻信號發生器的掃頻范圍受限于電子元件，一般只有ghz量級，90°hybrid移相器移相工作范圍受限于電子元件，一般只有ghz量級，所以一般的單邊帶調制器可調的掃頻范圍一般為ghz量級，而在某些實驗中，提高掃頻范圍可直接影響實際效果，例如ofdr中，掃頻范圍的大小直接決定了實驗空間分辨率。因此，有必要開發新型的寬帶線性掃頻技術。技術實現要素：基于以上技術問題，本發明提供了一種基于載波抑制的單邊帶調制寬頻線性掃頻系統，從而解決了以往利用單邊帶調制得到的一階邊帶進行掃頻時受電子元件的電子瓶頸限制而掃描范圍有限的技術問題；同時本發明還公開了上述單邊帶調制寬頻線性掃頻系統的掃頻方法。為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案如下：一種基于載波抑制的單邊帶調制寬頻線性掃頻系統,該系統包括首尾順次連接的1：1耦合器、環形器、布拉格光纖光柵(即fbg)、抑制載波單邊帶調制器及edfa放大器，所述1：1耦合器還連接有激光器；所述抑制載波單邊帶調制器由順次連接的i/q調制器、90°電橋及射頻信號發生器組成；所述激光器的輸入端和edfa放大器的輸出端分別連接1：1耦合器的兩路50％輸入端，1：1耦合器的輸出端連接環形器的第一輸入端，環形器的兩個輸出端分別連接布拉格光纖光柵的輸入端和作為系統信號輸出端，布拉格光纖光柵的輸出端接i/q調制器的輸入端，i/q調制器的兩個射頻信號端接90°電橋輸出端的兩路正交信號，90°電橋的輸入端接射頻信號發生器的輸出端，i/q調制器的輸出端接edfa放大器的輸入端。所述i/q調制器的驅動電壓低于1v且其單邊帶抑制比高于25db。所述布拉格光纖光柵采用反射區間可調的形狀為flat-top型的光纖布拉格光柵，該布拉格光纖光柵的反射率大于99％且消光比大于20db。所述edfa放大器可放大的最大增益大于10db。本發明采用反射區間可調的布拉格光纖光柵,通過抑制載波單邊帶調制器多次調制，可以使調制多次后的光完全被反射，獲得較大的掃頻范圍，從而突破電子元器件的限制，提高了系統的掃頻范圍。同時，本發明還公開了一種基于以上單邊帶調制寬頻線性掃頻系統的掃頻方法，該方法包括以下步驟：a)根據射頻信號發生器可產生的信號范圍和最后需要輸出的掃頻信號的掃頻范圍，選擇帶寬合適的布拉格光纖光柵；b)設定edfa放大器的增益，使增益與環路損耗相同，用于補償環路上各種器件的損耗；c)激光器穩定輸出激光進入單邊帶調制寬頻線性掃頻系統；d)激光經過被90°電橋和射頻信號發生器驅動的i/q調制器第一次調制后，激光器輸出的單一頻率的光變為掃頻光；e)經過n次調制后，光信號掃頻頻率到達布拉格光纖光柵反射區間，經布拉格光纖光柵反射后從環形器的第三輸出端口輸出，完成掃頻；其中，n≥2。在上述方法中，所述環形器的第三輸出端口輸出頻率為f0+nf1～f0+nf2，且滿足f0+(n-1)f2<f0+nf1；其中，f0表示激光器的輸出頻率；f1表示射頻信號發生器的起始頻率；f2表示射頻信號發生器的終止頻率。基于以上方法，本發明可以將輸入光進行多次反射調制后輸出，減少電器件的局限，從而擴大掃頻范圍。附圖說明圖1是本發明的結構示意圖；圖2是掃頻流程示意圖；圖中標記：1、激光器；2、1：1耦合器；3、環形器；4、布拉格光纖光柵；5、i/q調制器；6、90°電橋；7、射頻信號發生器；8、edfa放大器。具體實施方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明。本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。如圖1所示，一種基于載波抑制的單邊帶調制寬頻線性掃頻系統,該系統包括首尾順次連接的1：1耦合器2、環形器3、布拉格光纖光柵4、抑制載波單邊帶調制器及edfa放大器8，所述1：1耦合器2還連接有激光器1；所述抑制載波單邊帶調制器由順次連接的i/q調制器5、90°電橋6及射頻信號發生器7組成；所述激光器1的輸入端和edfa放大器8的輸出端分別連接1：1耦合器2的兩路50％輸入端，1：1耦合器2的輸出端連接環形器3的第一輸入端，環形器3的兩個輸出端分別連接布拉格光纖光柵4的輸入端和作為系統信號輸出端，布拉格光纖光柵4的輸出端接i/q調制器5的輸入端，i/q調制器5的兩個射頻信號端接90°電橋6輸出端的兩路正交信號，90°電橋6的輸入端接射頻信號發生器7的輸出端，i/q調制器5的輸出端接edfa放大器8的輸入端。所述i/q調制器5的驅動電壓低于1v且其單邊帶抑制比高于25db。所述布拉格光纖光柵4采用反射區間可調的形狀為flat-top型的光纖布拉格光柵，該布拉格光纖光柵4的反射率大于99％且消光比大于20db。所述edfa放大器8可放大的最大增益大于10db。激光器1輸出光接到1:1耦合器2的50％端，經環形器3第一輸入端，從第二輸出端口進入布拉格光纖光柵4，不在反射區的光透過布拉格光纖光柵4進入i/q調制器5，當射頻信號發生器7產生連續的掃頻信號，經90°電橋6移相后加到i/q調制器5上，對光信號進行調制，得到載波抑制的單邊帶掃頻信號，掃頻范圍為δf；調制后的信號經edfa放大器8放大到合適功率后再輸入到1:1耦合器2的50％端口，經環形器3進行高反射布拉格光柵，再次進行單邊帶調制，直到調制n次后的信號掃頻頻率在布拉格光纖光柵4反射區內，經布拉格光纖光柵4反射后由環形器3第三輸出端口輸出，此時掃頻范圍為nδf。所述的激光器1為窄線寬激光器。本實施例的單邊帶調制寬頻線性掃頻方法可通過以下方法進行掃頻,包括以下步驟：a)根據射頻信號發生器7可產生的信號范圍和最后需要輸出的掃頻信號的掃頻范圍，選擇帶寬合適的布拉格光纖光柵4；b)設定edfa放大器8的增益，使增益與環路損耗相同，用于補償環路上各種器件的損耗；c)激光器1穩定輸出激光進入單邊帶調制寬頻線性掃頻系統；d)激光經過被90°電橋6和射頻信號發生器7驅動的i/q調制器5第一次調制后，，激光器1輸出的單一頻率的光變為掃頻光；e)經過n次調制后，光信號掃頻頻率到達布拉格光纖光柵4反射區間，經布拉格光纖光柵4反射后從環形器3的第三輸出端口輸出，完成掃頻；其中，n≥2。在上述方法中，所述環形器3的第三輸出端口輸出頻率為f0+nf1～f0+nf2，且滿足f0+(n-1)f2<f0+nf1；其中，f0表示激光器的輸出頻率；f1表示射頻信號發生器的起始頻率；f2表示射頻信號發生器的終止頻率。基于以上，本實施例通過8次單邊帶調制流程對本實施例技術方案加以說明。調制數據如表一所示：調制起始頻率調制終止頻率調制后頻率范圍掃頻頻差第一次調制8ghz9ghz[f0+8ghz,f0+9ghz]1ghz第二次調制16ghz18ghz[f0+16ghz,f0+18ghz]2ghz第三次調制24ghz27ghz[f0+24ghz,f0+27ghz]3ghz第四次調制32ghz36ghz[f0+32ghz,f0+36ghz]4ghz第五次調制40ghz45ghz[f0+40ghz,f0+45ghz]5ghz第六次調制48ghz54ghz[f0+48ghz,f0+54ghz]6ghz第七次調制56ghz63ghz[f0+48ghz,f0+54ghz]7ghz第八次調制64ghz72ghz[f0+64ghz,f0+72ghz]8ghz表一調制頻率和掃頻范圍表如圖2是本實施例調制光譜示意圖，結合圖1、圖2及表一，掃頻步驟如下；1)激光器1輸出穩定的光源，光頻率設定為f0；射頻信號發生器7的調制范圍δf與頻率f1,f2均可調；其中，調制范圍δf＝f2-f1。2)激光器1輸出的光第一次經過抑制載波單邊帶調制后，光頻率變為f∈(f0+f1,f0+f2)，光功率為p1，經edfa放大后為p。3)第一次調制后的光再經單邊帶調制儀調制一次后，光頻率變為f∈(f0+2f1,f0+2f2)，光功率為p2，經edfa放大后為p。4)調制n次后的光，光頻率變為f∈(f0+nf1,f0+nf2)，光功率為pn，經edfa放大后為p。5)經n次調制后，光掃頻頻率到達fbg反射區間，fbg反射區間可調，調制n次后的光反射輸出，此時光頻率為f∈(f0+nf1,f0+nf2),光功率為p，調制后的光頻差為nδf，掃頻范圍擴大n倍，f0+(n-1)f2<f0+nf1，每次調制后的光功率pi,(i＝1,2,...n)均由edfa放大為相同的功率p。步驟1)-5)中，設定f0＝1550nm；f1＝8ghz,f2＝9ghz，n＝8；則射頻信號發生器7掃頻范圍δf＝1ghz，第2次調制后，f1＝16ghz,f2＝18ghz，掃頻范圍δf＝2ghz，以此類推，經過8次單邊帶調制后，光頻率f∈(f0+8f1,f0+8f2)＝(f0+64ghz,f0+72ghz)，此時掃頻的頻差為δf＝8ghz。從本實施例可明顯看出，原本單邊帶調制的范圍為1ghz,經過本發明的調制系統后，光掃頻范圍變為了8ghz，擴大了8倍，在ofdr中，若掃頻范圍擴大8倍，則ofdr系統的分辨率提高8倍。且本發明并未增加其他元件，主要器件仍是單邊帶調制儀，所以本發明的極大優勢在于使用基本的單邊帶調制儀就可以將掃頻范圍擴大n(n≥2)倍。如上所述即為本發明的實施例。前文所述為本發明的各個優選實施例，各個優選實施例中的優選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優選實施方式為前提，各個優選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表述發明人的發明驗證過程，并非用以限制本發明的專利保護范圍，本發明的專利保護范圍仍然以其權利要求書為準，凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。當前第1頁12