一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法及光譜測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法及光譜測量系統(tǒng)，包括步驟(1)將待測光信號分成兩路，一路光信號與反向傳輸?shù)谋闷止獍l(fā)生受激布里淵散射，使得SBS增益譜帶寬內(nèi)的波長被放大，再將光信號經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第一電信號；另一路光信號作為參考信號，經(jīng)過功率衰減后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第二電信號；(2)將第一電信號與第二電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了SBS增益帶外光譜成分的待測信號光譜。本發(fā)明可以消除信號處于SBS增益譜帶寬外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，有效提高光譜儀的動態(tài)范圍。即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
【專利說明】一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法及光譜測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜分析【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法及光譜測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新一代光纖通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，更小的信道波長間隔，更復(fù)雜的信號光譜細(xì)節(jié)，對傳統(tǒng)的基于體光柵的光譜分析技術(shù)的分辨率(IGHz左右)提出了極大的挑戰(zhàn)。因此順應(yīng)需求，出現(xiàn)了一種新的基于受激布里淵散射(SBS, Stimulated BrillouinScattering)效應(yīng)的光譜分析技術(shù)?；赟BS效應(yīng)的超高分辨率光譜分析方法利用了光纖中SBS增益帶寬非常窄(10?IOOMHz量級)的特點(diǎn)，對被測信號處于SBS5曾益帶寬內(nèi)的光譜成分進(jìn)行放大，對SBS5曾益帶寬外的光譜成分不起作用，因此我們可以將SBS效應(yīng)等效于一個極窄帶的濾波器，從而實(shí)現(xiàn)超高分辨率的波長提取。利用可調(diào)諧濾波器作為泵浦源，通過連續(xù)波長掃描的方式獲得待測信號的超高分辨率光譜(IOMHz左右)。
[0003]然而，在實(shí)際應(yīng)用中，基于SBS效應(yīng)的超高分辨率光譜分析系統(tǒng)中噪聲的來源多種多樣，其中包含有泵浦光的強(qiáng)度與相位噪聲、光放大器的ASE噪聲、探測器的散粒噪聲和熱噪聲以及被測信號中處于SBS增益帶寬外的信號成分等。除了 SBS增益帶寬內(nèi)被放大的光譜成分以外，SBS增益帶寬外未被放大的那一部分光譜成分也會幾乎無損失的被光探測器接收，甚至可能會淹沒SBS增益帶寬內(nèi)的光譜成分。動態(tài)范圍作為衡量光譜分析能力的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它很大程度上取決于系統(tǒng)噪聲累積后形成的噪聲底線。而這種處于SBS增益帶寬外光譜成分的噪聲來源與基于SBS效應(yīng)的超高分辨率光譜分析機(jī)理自身特點(diǎn)密I相關(guān)，相比于其他噪聲來源，會更加顯著的劣化測量的動態(tài)范圍。當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，我們就無法準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分。期刊文獻(xiàn)(Stefan Preussler, Avi Zadok, Andrzej ffiatrek, Moshe Tur,and Thomas Schneider,“Enhancement of spectral resolution and optical rejectionratio of Brillouin optical spectral analysis using polarization pulling，，，June2012 / Vol.20，N0.13 / OPTICS EXPRESS14734)中介紹了一種利用偏振態(tài)來區(qū)分被放大光譜成分和未被放大光譜成分的方法。主要原理是基于信號中被放大的光譜成分的偏振態(tài)會隨著泵浦光的偏振態(tài)變化，但未被放大的光譜成分的偏振態(tài)則與泵浦光的偏振態(tài)無關(guān)，由此分離出處于SBS增益帶寬外未被放大的光譜成分。但此方法并不適用于非偏振的信號，適用范圍受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法及光譜測量系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)未有對光譜分析時的噪聲提出較為全面的抑制方案，通過偏振控制器區(qū)分放大光和未放大光方法導(dǎo)致非偏振的信號不適用的問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法，包括下述步驟:[0006](I)將待測光信號分成兩路，一路光信號與反向傳輸?shù)谋闷止獍l(fā)生受激布里淵散射，使得SBS增益譜帶寬內(nèi)的波長被放大，再將光信號經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第一電信號；另一路光信號作為參考信號，經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第二電信號；
[0007](2)將所述第一電信號與所述第二電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了 SBS增益帶外光譜成分的待測信號光譜。
[0008]其中，所述泵浦光的線寬小于所述SBS增益譜的帶寬一個量級。
[0009]本發(fā)明還提供了一種光譜測量系統(tǒng)，包括耦合器、SBS濾波器、第一衰減器、第二衰減器、第一光電探測器、第二光電探測器和相減處理單元；所述耦合器的輸入端用于與待測光信號相連；所述耦合器的第一輸出端與所述SBS濾波器的輸入端相連，所述SBS濾波器的輸出端與所述第一衰減器的輸入端相連，所述第一衰減器的輸出端與所述第一光電探測器的輸入端相連；所述耦合器的第二輸出端與所述第二衰減器的輸入端相連，所述第二衰減器的輸出端與所述第二光電探測器的輸入端相連；所述第一光電探測器的輸出端和所述第二光電探測器的輸出端分別與相減處理單元的兩個輸入端相連。
[0010]其中，所述耦合器將待測光信號分成兩路信號，一路信號通過所述SBS濾波器，使在SBS增益譜帶寬內(nèi)的信號光得到放大，再通過所述第一衰減器衰減后被所述第一光電探測器檢測，并將光信號變成第一電信號，另一路信號通過所述第二衰減器衰減后被所述第二光電探測器檢測，并將光信號變成第二電信號，所述相減處理單元將第一電信號與第二電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了 SBS增益譜帶寬外光譜成分的待測信號光譜。
[0011]其中，所述SBS濾波器包括可調(diào)諧激光器、光放大器、第一隔離器、第三衰減器、環(huán)形器、第一偏振控制器、非線性光纖和第二偏振控制器；所述可調(diào)激光器的輸出端與所述光放大器的輸入端相連；所述光放大器的輸出端與所述第一隔離器的輸入端相連，用于控制激光輸出方向，抑制回波對激光器的影響；所述第一隔離器的輸出端與所述第三衰減器的輸入端相連，用于將產(chǎn)生的窄線寬泵浦激光調(diào)節(jié)至需要的功率水平，使得泵浦光能與待測光信號發(fā)生充分的受激布里淵散射；所述第三衰減器的輸出端與所述環(huán)形器的第一端口相連；所述環(huán)形器的第二端口順次與所述第一偏振控制器、所述非線性光纖、所述第二偏振控制器相連，用于在此段光纖中控制泵浦光和信號光的偏振態(tài)，并使泵浦光和信號光發(fā)生SBS效應(yīng)進(jìn)行濾波放大；所述第二偏振控制器的剩余端口作為SBS濾波器的輸入端；所述環(huán)形器的第三端口作為SBS濾波器的輸出端。
[0012]其中，所述第一光衰減器用于調(diào)整一路光束的總衰減系數(shù)，所述第二光衰減器用于調(diào)整另一路光束的總衰減系數(shù)，使得兩路信號光的總的衰減系數(shù)相同。
[0013]其中，所述光譜測量系統(tǒng)還包括:第二隔離器，所述第二隔離器的輸入端與待測光信號相連；所述第二隔離器的輸出端與所述耦合器的輸入端連接。
[0014]其中，所述相減處理單元包括:第一數(shù)據(jù)采集單元、第二數(shù)據(jù)采集單元和第一數(shù)據(jù)處理單元；所述第一數(shù)據(jù)采集單元的輸入端連接至所述第一光電探測器的輸出端，所述第一數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與所述第一數(shù)據(jù)處理單元連接；用于采集上一路產(chǎn)生的第一電信號；所述第二數(shù)據(jù)采集單元的輸入端連接至所述第二光電探測器的輸出端，所述第二數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與所述第一數(shù)據(jù)處理單元連接；用于采集下一路產(chǎn)生的第二電信號；所述第一數(shù)據(jù)處理單元用于將所述第一電信號與所述第二電信號進(jìn)行相減處理，獲得消除了SBS增益譜帶寬外光譜的待測信號光光譜。[0015]其中，所述相減處理單元包括第二數(shù)據(jù)處理單元，輸入端連接至所述第一光電探測器和所述第二光電探測器的輸出端，用于將兩路電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了 SBS增益帶外光譜的待測信號光譜。
[0016]本發(fā)明可以消除信號處于SBS增益譜帶寬外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，有效提高光譜儀的動態(tài)范圍。即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種在受激布里淵散射光譜分析中消除背景噪聲提高動態(tài)范圍方法的整體流程示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的一個實(shí)施例所構(gòu)建的消除背景噪聲方法的主體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的另外一個實(shí)施例所構(gòu)建的消除背景噪聲方法的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的光譜測量系統(tǒng)的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種可以消除背景噪聲的方法，用于消除信號處于SBS曾益帶外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，有效提高光譜儀的動態(tài)范圍。由此，即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，我們也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
[0022]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種通過消除帶外背景噪聲實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法，包括:
[0023](I)將待測光信號分成兩路,一路光信號與反向傳輸?shù)谋闷止獍l(fā)生受激布里淵散射，使得SBS增益帶寬內(nèi)的波長被放大，再將光信號經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第一電信號；另一路光信號作為參考信號，同樣經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第二電信號；
[0024](2)將兩路輸出的第一電信號與第二電信號通過軟件編程或硬件差分電路的方法進(jìn)行相減，得到消除了 SBS增益帶外光譜成分的待測信號光譜。
[0025]按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種通過消除帶外背景噪聲實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的裝置:具體包括:耦合器、SBS濾波器、第一衰減器、第二衰減器、第一光電探測器、第二光電探測器和相減處理單元。
[0026]所述耦合器的輸入端與待測信號相連；所述耦合器的第一輸出端與所述SBS濾波器的輸入端相連，所述SBS濾波器的輸出端與所述第一衰減器的輸入端相連，所述第一衰減器的輸出端與所述第一光電探測器的輸入端相連；所述耦合器的第二輸出端與所述第二衰減器的輸入端相連，所述第二衰減器的輸出端與所述第二光電探測器的輸入端相連；所述第一、第二光電探測器的輸出端分別與相減處理單元的兩個輸入端相連。
[0027]通過本發(fā)明所述方法，可以消除信號處于SBS曾益帶外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，提高光譜儀的動態(tài)范圍。由此，即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，我們也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
[0028]針對我們提出的這種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的系統(tǒng)，假設(shè)在一種更加嚴(yán)苛的條件下，即假設(shè)所述可調(diào)諧激光器產(chǎn)生的泵浦光光譜寬度遠(yuǎn)小于待測光信號的光譜寬度(即至少小一個數(shù)量級)，且忽略光纖中自發(fā)布里淵散射和瑞麗散射的影響，只考慮SBS曾益譜帶寬外的光譜成分這一最主要的噪聲來源。在這種假設(shè)和近似下，通過搭建以下實(shí)施例，也能夠很好的消除SBS曾益譜帶寬外的光譜成分，結(jié)合非線性補(bǔ)償處理，可實(shí)現(xiàn)50dB以上的動態(tài)范圍改善。
[0029]圖1為本發(fā)明的一種在受激布里淵散射光譜分析中消除背景噪聲提高動態(tài)范圍方法的整體流程示意圖。所述方法具體包含以下步驟，具體為:
[0030](I)待測信號通過一個稱合器分成兩路,一路信號光在光纖中傳輸,與反向注入的泵浦光相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，使得信號光中波長處于SBS增益帶寬之內(nèi)的成分被放大，再通過一個功率衰減器后輸入到一個光電探測器中；另一路信號光作為參考信號，在另一根光纖中傳輸，直接通過另一個功率衰減器后輸入到另一個光電探測器中。
[0031](2)將兩路輸出信號通過數(shù)據(jù)采集利用軟件方法或者直接通過硬件差分電路方法，實(shí)現(xiàn)兩路電信號的相減處理，得到消除了 SBS增益帶外光譜成分的待測信號光譜。
[0032]通過本發(fā)明所述方法，可以消除信號處于SBS曾益帶外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，提高光譜儀的動態(tài)范圍。由此，即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，我們也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
[0033]圖2為本發(fā)明的一個實(shí)施例所構(gòu)建的消除背景噪聲方法的主體結(jié)構(gòu)示意圖。所述方法具體組成部分包括:可調(diào)諧激光器1、光放大器2、第一隔離器3、第三衰減器4、環(huán)形器
5、第一偏振控制器6、非線性光纖7、第二偏振控制器8、稱合器9、第二隔離器10、第一衰減器11、第二衰減器12、第一光電探測器13、第二光電探測器14、第一數(shù)據(jù)采集單元15、第二數(shù)據(jù)采集單元16、第一數(shù)據(jù)處理單元17等。
[0034]具體的，所述可調(diào)激光器I的輸出端與所述光放大器2的輸入端相連；所述光放大器2的輸出端與所述第一隔離器3的輸入端相連,用于控制激光輸出方向,抑制回波對激光器的影響；所述第一隔離器3的輸出端與所述第三衰減器4的輸入端相連，用于將產(chǎn)生的窄線寬泵浦激光調(diào)節(jié)至合適的功率水平；所述第三衰減器4的輸出端與所述環(huán)形器5的第一端口相連；所述環(huán)形器5的第二端口順次與所述第一偏振控制器6、所述非線性光纖7、所述第二偏振控制器8相連，用于在此段光纖中控制泵浦光和信號光的偏振性，并使泵浦光與信號光發(fā)生SBS效應(yīng)進(jìn)行濾波放大；所述環(huán)形器5的第三端口與所述第一衰減器11相連，用于調(diào)節(jié)此路信號光至所需的功率，使得上下兩路信號光的總衰減系數(shù)盡可能相同。
[0035]所述第二隔離器10的輸入端與待測信號相連；所述第二隔離器10的輸出端與所述第一稱合器9的輸入端相連，用于將待測信號分成兩束，一束通過所述第一稱合器9的第一輸出端與所述第二偏振控制器8相連，用于將信號光注入所述非線性光纖7中與泵浦光發(fā)生SBS效應(yīng)進(jìn)行濾波放大；另一束通過所述耦合器9的第二輸出端與所述第二衰減器12相連，用于調(diào)節(jié)此路信號光至所需的功率，使得上下兩路信號光的總衰減系數(shù)盡可能相同。
[0036]所述第一衰減器11和所述第二衰減器12分別與所述第一光電探測器13和所述第二光電探測器14的輸入端相連，用于對兩路光信號進(jìn)行探測，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電信號；所述第一光電探測器13和所述第二光電探測器14的輸出端分別與所述第一數(shù)據(jù)采集單元15和所述第二數(shù)據(jù)采集單元16相連，最后兩輸出同時與所述第一數(shù)據(jù)處理單元17相連，用于先將兩路信號分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將采集到的兩路信號數(shù)據(jù)通過軟件方法進(jìn)行相減處理，得到消除了 SBS增益帶外光譜的待測信號光光譜。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例中，上、下兩條支路的光信號的總衰減系數(shù)近似相同。
[0038]本發(fā)明實(shí)施例中，第一偏振控制器6以及第二偏振控制器8的作用是保證注入到非線性光纖中的信號光偏振態(tài)與泵浦光偏振態(tài)匹配。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例中，第一數(shù)據(jù)采集單元15或第二數(shù)據(jù)采集單元16可以采用數(shù)據(jù)采集卡將兩路電信號數(shù)據(jù)記錄下來；第一數(shù)據(jù)處理單元17可以通過軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)兩路信號的相減處理，這個對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。
[0040]通過本發(fā)明所述方法，可以消除信號處于SBS增益帶外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，提高光譜儀的動態(tài)范圍。由此，即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，我們也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
[0041]圖3為本發(fā)明的另外一個實(shí)施例所構(gòu)建的消除背景噪聲方法的主體結(jié)構(gòu)示意圖。所述方法具體組成部分包括:可調(diào)諧激光器1、光放大器2、第一隔離器3、第三衰減器4、環(huán)形器5、第一偏振控制器6、非線性光纖7、第二偏振控制器8、稱合器9、第二隔離器10、第一衰減器11、第二衰減器12、第一光電探測器13、第二光電探測器14、第二數(shù)據(jù)處理單元18。
[0042]具體的，所述可調(diào)激光器I的輸出端與所述光放大器2的輸入端相連；所述光放大器2的輸出端與所述第一隔離器3的輸入端相連,用于控制激光輸出方向,抑制回波對激光器的影響；所述第一隔離器3的輸出端與所述第三衰減器4的輸入端相連，用于將產(chǎn)生的窄線寬泵浦激光調(diào)節(jié)至合適的功率水平；所述第三衰減器4的輸出端與所述環(huán)形器5的輸入端相連；所述環(huán)形器12的第一輸出端順次與所述第一偏振控制器6、所述非線性光纖7、所述第二偏振控制器8相連，用于在此段光纖中與信號光發(fā)生SBS效應(yīng)進(jìn)行濾波放大；所述環(huán)形器5的第二輸出端與所述第一衰減器11相連，用于調(diào)節(jié)此路信號光至所需的功率，使得上下兩路信號光的總衰減系數(shù)盡可能相同。
[0043]所述第二隔離器10的輸入端與待測信號相連；所述第二隔離器10的輸出端與所述率禹合器9的輸入端相連,用于將待測信號光分成兩束,一束通過所述稱合器9的第一輸出端與所述第二偏振控制器8相連，用于將信號光注入所述非線性光纖7中與泵浦光發(fā)生SBS效應(yīng)進(jìn)行濾波放大；另一束通過所述耦合器9的第二輸出端與所述第二衰減器12相連，用于調(diào)節(jié)此路信號光至所需的功率，使得上下兩路信號光的總衰減系數(shù)盡可能相同。
[0044]所述第一衰減器11和所述第二衰減器12分別與所述第一光電探測器13和所述第二光電探測器14的輸入端相連，用于將兩路光信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電信號；所述第一光電探測器13和所述第二光電探測器14的輸出端與所述第二數(shù)據(jù)處理單元18相連，用于通過硬件差分電路方法實(shí)現(xiàn)兩路信號的相減，得到消除了 SBS增益帶外光譜的待測信號光光譜。[0045]本發(fā)明實(shí)施例中，第一偏振控制器6以及第二偏振控制器8的作用是保證注入到非線性光纖中的信號光偏振態(tài)與泵浦光偏振態(tài)匹配。
[0046]本發(fā)明實(shí)施例中，第二數(shù)據(jù)處理單元18可以通過搭建差分電路，利用硬件方法實(shí)現(xiàn)兩路電信號的相減處理，得到消除了 SBS增益帶外光譜的待測信號光光譜。至于如何去搭建該差分電路，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是很容易實(shí)現(xiàn)的，在此不再贅述。
[0047]需要說明的是，圖2和圖3中所示的實(shí)施例對本發(fā)明所作的說明是描述性而不是限定性的，例如圖2和圖3中所示的測量系統(tǒng)中的放大器并不是必需的，所述放大器用于使激光以合適的光功率注入到待測介質(zhì)中，如果激光器功率足夠高可以省去，為了測量的靈活性所述放大器和衰減器可以相互組合使用，且放置的位置可以在隔離器之前或之后。
[0048]通過本發(fā)明所述方法，可以消除信號處于SBS曾益帶外的光譜成分對光譜測量的影響，從而降低信號噪聲，提高光譜儀的動態(tài)范圍。由此，即使當(dāng)兩個光譜成分的功率水平相差很大，并且它們的頻率十分接近時，我們也能夠準(zhǔn)確探測到其中功率較小的那個頻率成分，使它不會被噪聲淹沒。
[0049]下面結(jié)合圖4對上述發(fā)明的原理進(jìn)行分析如下:
[0050]待測信號SUT輸入光纖，由耦合器分成兩束，分別作為上支路信號光和下支路參考光。上支路中，泵浦光在光纖中傳輸發(fā)生SBS效應(yīng)使信號光中波長處于SBS增益譜帶寬內(nèi)的成分被放大，而后被探測器PDl接收。下支路的參考光則直接通過衰減器ATT后被探測器PD2接收。最終，兩路電信號通過相減處理，得到消除了 SBS增益譜帶寬外的信號噪聲的信號光譜。
[0051]光譜分析的動態(tài)范圍作為衡量光譜分析能力的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它很大程度上取決于系統(tǒng)噪聲累積后形成的噪聲底線。通過消除SBS增益譜帶寬外的光譜成分，大幅抑制了系統(tǒng)積累的噪聲，降低了探測器能探測到的功率最小值，提升了光譜分析的動態(tài)范圍。
[0052]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)光譜測量動態(tài)范圍改善的方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)將待測光信號分成兩路，一路光信號與反向傳輸?shù)谋闷止獍l(fā)生受激布里淵散射，使得SBS增益譜帶寬內(nèi)的波長被放大，再將光信號經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第一電信號；另一路光信號作為參考信號，經(jīng)過功率衰減后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第二電信號； (2)將所述第一電信號與所述第二電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了SBS增益帶外光譜成分的待測信號光譜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵浦光的線寬小于所述SBS增益譜的帶寬一個量級。
3.一種光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，包括耦合器(9)、SBS濾波器(19)、第一衰減器(11)、第二衰減器(12)、第一光電探測器(13)、第二光電探測器(14)和相減處理單元(20)； 所述耦合器(9)的輸入端用于與待測光信號相連；所述耦合器(9)的第一輸出端與所述SBS濾波器(19)的輸入端相連，所述SBS濾波器(19)的輸出端與所述第一衰減器(11)的輸入端相連，所述第一衰減器(11)的輸出端與所述第一光電探測器(13)的輸入端相連；所述耦合器(9)的第二輸出端與所述第二衰減器(12)的輸入端相連，所述第二衰減器(12)的輸出端與所述第二光電探測器(14)的輸入端相連；所述第一光電探測器(13)的輸出端和所述第二光電探測器(14)的輸出端分別與相減處理單元(20)的兩個輸入端相連。
4.如權(quán)利 要求3所述的光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合器(9)將待測光信號分成兩路信號，一路信號通過所述SBS濾波器(19)，使在SBS增益譜帶寬內(nèi)的信號光得到放大，再通過所述第一衰減器(11)衰減后被所述第一光電探測器(13)檢測，并將光信號變成第一電信號，另一路信號通過所述第二衰減器(12)衰減后被所述第二光電探測器(14)檢測，并將光信號變成第二電信號，所述相減處理單元(20)將第一電信號與第二電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了 SBS增益譜帶寬外光譜成分的待測信號光譜。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述SBS濾波器(19)包括可調(diào)諧激光器(I)、光放大器(2)、第一隔離器(3)、第三衰減器(4)、環(huán)形器(5)、第一偏振控制器(6)、非線性光纖(7)和第二偏振控制器(8)； 所述光放大器(2)的輸入端與所述可調(diào)激光器(I)的輸出端相連，所述光放大器(2)的輸出端與所述第一隔離器(3)的輸入端相連，用于控制所述可調(diào)激光器的激光輸出方向，并抑制回波對所述可調(diào)激光器的影響； 所述第一隔離器(3)的輸出端與所述第三衰減器(4)的輸入端相連，用于將產(chǎn)生的窄線寬泵浦激光調(diào)節(jié)至需要的功率水平，使得泵浦光與待測信號光的功率匹配； 所述環(huán)形器(5)的第一端口與所述第三衰減器(4)的輸出端相連，所述環(huán)形器(5)的第二端口順次與所述第一偏振控制器(6)、所述非線性光纖(7)、所述第二偏振控制器(8)相連，用于在此段光纖中控制泵浦光和信號光的偏振態(tài)，并使泵浦光和信號光發(fā)生SBS效應(yīng)進(jìn)行濾波放大； 所述第二偏振控制器(8)的剩余端口作為SBS濾波器(19)的輸入端；所述環(huán)形器(5)的第三端口作為SBS濾波器(19)的輸出端。
6.如權(quán)利要求3或4所述的光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一衰減器用于調(diào)整一路光束的總衰減系數(shù)，所述第二衰減器用于調(diào)整另一路光束的總衰減系數(shù)，使得兩路信號光的總的衰減系數(shù)相同。
7.如權(quán)利要求3或4所述的光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述相減處理單元(20)包括:第一數(shù)據(jù)采集單元(15)、第二數(shù)據(jù)采集單元(16)和第一數(shù)據(jù)處理單元(17)； 所述第一數(shù)據(jù)采集單元(15)的輸入端連接至所述第一光電探測器(13)的輸出端，所述第一數(shù)據(jù)采集單元(15)的輸出端與所述第一數(shù)據(jù)處理單元(17)連接；用于采集上一路產(chǎn)生的第一電信號； 所述第二數(shù)據(jù)采集單元(16)的輸入端連接至所述第二光電探測器(14)的輸出端，所述第二數(shù)據(jù)采集單元(16)的輸出端與所述第一數(shù)據(jù)處理單元(17)連接；用于采集下一路產(chǎn)生的第二電信號； 所述第一數(shù)據(jù)處理單元(17)用于將所述第一電信號與所述第二電信號進(jìn)行相減處理，獲得消除了 SBS增益譜帶寬外光譜的待測信號光光譜。
8.如權(quán)利要求3或4所述的光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，所述相減處理單元(20)包括第二數(shù)據(jù)處理單元(18)，輸入端連接至所述第一光電探測器(13)和所述第二光電探測器(14)的輸出端，用于將兩路電信號進(jìn)行相減處理，得到消除了 SBS增益帶外光譜的待測信號光 譜。
【文檔編號】G01J3/44GK103940513SQ201410119721
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】柯昌劍, 周欣, 潘登, 錢路 申請人:華中科技大學(xué)