【摘 要】
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光纤反射测量技术在光纤通信网络、深海探测、石油化工、工程建筑健康检测、电力系统及航空航天等各领域得到了广泛的应用。该技术可以有效的测量目标光纤中各位置的损耗、温
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光纤反射测量技术在光纤通信网络、深海探测、石油化工、工程建筑健康检测、电力系统及航空航天等各领域得到了广泛的应用。该技术可以有效的测量目标光纤中各位置的损耗、温度浮动、应力变化等信息。光纤反射测量技术中的光时域反射技术(OTDR)的原理与实验简单,但空间分辨率与探测范围相互制约。光频域反射技术(OFDR)利用宽带调频信号提升了空间分辨率,但探测范围依然受到光源相干长度的制约。近年来,我们提出了一种新的光脉冲压缩反射技术(OPCR),克服了OTDR中空间分辨率与探测范围之间的限制,同时突破了激光相干长度对探测范围的制约。本文对OPCR中的不同光源相干长度和不同探测范围受系统噪声的影响进行系统的理论推导与仿真分析。通过数值仿真研究了OPCR系统中的各光电器件对系统性能的影响。实验上进行系统优化,其中包括采用窄线宽激光器、引入光放大器补偿待测光纤的传输损失、增加光滤波器滤除有效信号外的杂波噪声。将优化后的实验结构运用于长距离光纤的探测。本文主要内容包括以下几个方面:(1)理论分析首先分析光脉冲压缩反射仪光子链路中热噪声、散弹噪声和相对强度噪声的产生机理,然后针对光脉冲压缩反射仪实验系统中运用的各光电器件的工作机制进行分析其中包括单边带调制器、平衡光电探测器和掺铒光纤放大器等,分析各光电器件对长距离光纤探测的影响。(2)数值仿真首先就不同光源相干长度和不同探测范围受系统噪声的影响进行系统的理论推导与仿真分析;其次就优化后的OPCR系统中各个光电器件的性能进行数值仿真;最后将各个光电器件的相关参数应用到OPCR的仿真中用于分析各光电器件在OPCR光子链路中对动态范围的影响。(3)实验验证搭建优化后的OPCR系统实验平台验证了理论推导与数值仿真的合理性。首先在延时非零拍自外差法的基础上测量了窄线宽激光器与半导体激光器的线宽,就优化后OPCR系统平台采用窄线宽激光器在cm量级空间分辨率下对长距离光纤进行测量;其次就原OPCR系统平台半导体激光器同样在cm量级空间分辨率下对长距离光纤进行测量。最终在优化后的OPCR系统平台上实现了cm量级空间分辨率下对58km长距离光纤的测量。
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