本發(fā)明涉及寬頻線性掃頻系統(tǒng)，屬于光纖傳感
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于載波抑制的單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：如果光源需要具備頻率線性掃描特性，則需要對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，以使整個(gè)系統(tǒng)可以正常工作。根據(jù)調(diào)制位置，通?？梢苑譃楣庠磧?nèi)調(diào)制和光源外調(diào)制。光源的內(nèi)調(diào)制，就是改變激光器的工作電流、諧振腔長(zhǎng)度或溫度等，在激光器內(nèi)部進(jìn)行調(diào)制，使得激光器直接輸出具有所需要特性的光。內(nèi)調(diào)制使得光源具有很寬的掃頻范圍，然而，光源內(nèi)調(diào)制可能會(huì)引入非線性掃頻的問題。當(dāng)光源非線性掃頻時(shí)，會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來很多問題，比如在ofdr中，光源非線性掃頻會(huì)導(dǎo)致同一點(diǎn)處不同時(shí)刻產(chǎn)生的背向散射光與本振光相干時(shí)無法形成固定的拍頻，從而無法由拍頻結(jié)果得到對(duì)應(yīng)的光纖位置，所以非線性掃頻會(huì)直接影響ofdr的測(cè)量結(jié)果。為了克服光源內(nèi)調(diào)制的不足，也可以使用光源的外部調(diào)制，即在激光形成以后給光波加載信號(hào)以完成調(diào)制，具體方法是在激光器外部連接調(diào)制器，通過加載電信號(hào)來改變其工作特性。當(dāng)激光器輸出激光后，調(diào)制器便可以對(duì)通過的激光進(jìn)行調(diào)制。外調(diào)制并不是通過改變激光器的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，而是在光波已經(jīng)產(chǎn)生后對(duì)做一些處理來改變它的物理性質(zhì)。在進(jìn)行光源外調(diào)制時(shí)，激光器與調(diào)制器是相互分開的，所以調(diào)制起來相對(duì)簡(jiǎn)單。但是由于調(diào)制器的性能會(huì)影響整個(gè)調(diào)制的質(zhì)量，所以外調(diào)制過程對(duì)調(diào)制器的要求很高。對(duì)一般的調(diào)制器，射頻信號(hào)發(fā)生器的掃頻范圍受限于電子元件，一般只有g(shù)hz量級(jí)，90°hybrid移相器移相工作范圍受限于電子元件，一般只有g(shù)hz量級(jí)，所以一般的單邊帶調(diào)制器可調(diào)的掃頻范圍一般為ghz量級(jí)，而在某些實(shí)驗(yàn)中，提高掃頻范圍可直接影響實(shí)際效果，例如ofdr中，掃頻范圍的大小直接決定了實(shí)驗(yàn)空間分辨率。因此，有必要開發(fā)新型的寬帶線性掃頻技術(shù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：基于以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于載波抑制的單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng)，從而解決了以往利用單邊帶調(diào)制得到的一階邊帶進(jìn)行掃頻時(shí)受電子元件的電子瓶頸限制而掃描范圍有限的技術(shù)問題；同時(shí)本發(fā)明還公開了上述單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng)的掃頻方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于載波抑制的單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng),該系統(tǒng)包括首尾順次連接的1：1耦合器、環(huán)形器、布拉格光纖光柵(即fbg)、抑制載波單邊帶調(diào)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(diào)制器由順次連接的i/q調(diào)制器、90°電橋及射頻信號(hào)發(fā)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(huán)形器的第一輸入端，環(huán)形器的兩個(gè)輸出端分別連接布拉格光纖光柵的輸入端和作為系統(tǒng)信號(hào)輸出端，布拉格光纖光柵的輸出端接i/q調(diào)制器的輸入端，i/q調(diào)制器的兩個(gè)射頻信號(hào)端接90°電橋輸出端的兩路正交信號(hào)，90°電橋的輸入端接射頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端，i/q調(diào)制器的輸出端接edfa放大器的輸入端。所述i/q調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)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(qū)間可調(diào)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(fā)明采用反射區(qū)間可調(diào)的布拉格光纖光柵,通過抑制載波單邊帶調(diào)制器多次調(diào)制，可以使調(diào)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(tǒng)的掃頻范圍。同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種基于以上單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng)的掃頻方法，該方法包括以下步驟：a)根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生的信號(hào)范圍和最后需要輸出的掃頻信號(hào)的掃頻范圍，選擇帶寬合適的布拉格光纖光柵；b)設(shè)定edfa放大器的增益，使增益與環(huán)路損耗相同，用于補(bǔ)償環(huán)路上各種器件的損耗；c)激光器穩(wěn)定輸出激光進(jìn)入單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng)；d)激光經(jīng)過被90°電橋和射頻信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的i/q調(diào)制器第一次調(diào)制后，激光器輸出的單一頻率的光變?yōu)閽哳l光；e)經(jīng)過n次調(diào)制后，光信號(hào)掃頻頻率到達(dá)布拉格光纖光柵反射區(qū)間，經(jīng)布拉格光纖光柵反射后從環(huán)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(huán)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(hào)發(fā)生器的起始頻率；f2表示射頻信號(hào)發(fā)生器的終止頻率?；谝陨戏椒ǎ景l(fā)明可以將輸入光進(jìn)行多次反射調(diào)制后輸出，減少電器件的局限，從而擴(kuò)大掃頻范圍。附圖說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是掃頻流程示意圖；圖中標(biāo)記：1、激光器；2、1：1耦合器；3、環(huán)形器；4、布拉格光纖光柵；5、i/q調(diào)制器；6、90°電橋；7、射頻信號(hào)發(fā)生器；8、edfa放大器。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。如圖1所示，一種基于載波抑制的單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng),該系統(tǒng)包括首尾順次連接的1：1耦合器2、環(huán)形器3、布拉格光纖光柵4、抑制載波單邊帶調(diào)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(diào)制器由順次連接的i/q調(diào)制器5、90°電橋6及射頻信號(hào)發(fā)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(huán)形器3的第一輸入端，環(huán)形器3的兩個(gè)輸出端分別連接布拉格光纖光柵4的輸入端和作為系統(tǒng)信號(hào)輸出端，布拉格光纖光柵4的輸出端接i/q調(diào)制器5的輸入端，i/q調(diào)制器5的兩個(gè)射頻信號(hào)端接90°電橋6輸出端的兩路正交信號(hào)，90°電橋6的輸入端接射頻信號(hào)發(fā)生器7的輸出端，i/q調(diào)制器5的輸出端接edfa放大器8的輸入端。所述i/q調(diào)制器5的驅(qū)動(dòng)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(qū)間可調(diào)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(jīng)環(huán)形器3第一輸入端，從第二輸出端口進(jìn)入布拉格光纖光柵4，不在反射區(qū)的光透過布拉格光纖光柵4進(jìn)入i/q調(diào)制器5，當(dāng)射頻信號(hào)發(fā)生器7產(chǎn)生連續(xù)的掃頻信號(hào)，經(jīng)90°電橋6移相后加到i/q調(diào)制器5上，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到載波抑制的單邊帶掃頻信號(hào)，掃頻范圍為δf；調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)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(jīng)環(huán)形器3進(jìn)行高反射布拉格光柵，再次進(jìn)行單邊帶調(diào)制，直到調(diào)制n次后的信號(hào)掃頻頻率在布拉格光纖光柵4反射區(qū)內(nèi)，經(jīng)布拉格光纖光柵4反射后由環(huán)形器3第三輸出端口輸出，此時(shí)掃頻范圍為nδf。所述的激光器1為窄線寬激光器。本實(shí)施例的單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻方法可通過以下方法進(jìn)行掃頻,包括以下步驟：a)根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器7可產(chǎn)生的信號(hào)范圍和最后需要輸出的掃頻信號(hào)的掃頻范圍，選擇帶寬合適的布拉格光纖光柵4；b)設(shè)定edfa放大器8的增益，使增益與環(huán)路損耗相同，用于補(bǔ)償環(huán)路上各種器件的損耗；c)激光器1穩(wěn)定輸出激光進(jìn)入單邊帶調(diào)制寬頻線性掃頻系統(tǒng)；d)激光經(jīng)過被90°電橋6和射頻信號(hào)發(fā)生器7驅(qū)動(dòng)的i/q調(diào)制器5第一次調(diào)制后，，激光器1輸出的單一頻率的光變?yōu)閽哳l光；e)經(jīng)過n次調(diào)制后，光信號(hào)掃頻頻率到達(dá)布拉格光纖光柵4反射區(qū)間，經(jīng)布拉格光纖光柵4反射后從環(huán)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(huán)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(hào)發(fā)生器的起始頻率；f2表示射頻信號(hào)發(fā)生器的終止頻率?；谝陨?，本實(shí)施例通過8次單邊帶調(diào)制流程對(duì)本實(shí)施例技術(shù)方案加以說明。調(diào)制數(shù)據(jù)如表一所示：調(diào)制起始頻率調(diào)制終止頻率調(diào)制后頻率范圍掃頻頻差第一次調(diào)制8ghz9ghz[f0+8ghz,f0+9ghz]1ghz第二次調(diào)制16ghz18ghz[f0+16ghz,f0+18ghz]2ghz第三次調(diào)制24ghz27ghz[f0+24ghz,f0+27ghz]3ghz第四次調(diào)制32ghz36ghz[f0+32ghz,f0+36ghz]4ghz第五次調(diào)制40ghz45ghz[f0+40ghz,f0+45ghz]5ghz第六次調(diào)制48ghz54ghz[f0+48ghz,f0+54ghz]6ghz第七次調(diào)制56ghz63ghz[f0+48ghz,f0+54ghz]7ghz第八次調(diào)制64ghz72ghz[f0+64ghz,f0+72ghz]8ghz表一調(diào)制頻率和掃頻范圍表如圖2是本實(shí)施例調(diào)制光譜示意圖，結(jié)合圖1、圖2及表一，掃頻步驟如下；1)激光器1輸出穩(wěn)定的光源，光頻率設(shè)定為f0；射頻信號(hào)發(fā)生器7的調(diào)制范圍δf與頻率f1,f2均可調(diào)；其中，調(diào)制范圍δf＝f2-f1。2)激光器1輸出的光第一次經(jīng)過抑制載波單邊帶調(diào)制后，光頻率變?yōu)閒∈(f0+f1,f0+f2)，光功率為p1，經(jīng)edfa放大后為p。3)第一次調(diào)制后的光再經(jīng)單邊帶調(diào)制儀調(diào)制一次后，光頻率變?yōu)閒∈(f0+2f1,f0+2f2)，光功率為p2，經(jīng)edfa放大后為p。4)調(diào)制n次后的光，光頻率變?yōu)閒∈(f0+nf1,f0+nf2)，光功率為pn，經(jīng)edfa放大后為p。5)經(jīng)n次調(diào)制后，光掃頻頻率到達(dá)fbg反射區(qū)間，fbg反射區(qū)間可調(diào)，調(diào)制n次后的光反射輸出，此時(shí)光頻率為f∈(f0+nf1,f0+nf2),光功率為p，調(diào)制后的光頻差為nδf，掃頻范圍擴(kuò)大n倍，f0+(n-1)f2<f0+nf1，每次調(diào)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(shè)定f0＝1550nm；f1＝8ghz,f2＝9ghz，n＝8；則射頻信號(hào)發(fā)生器7掃頻范圍δf＝1ghz，第2次調(diào)制后，f1＝16ghz,f2＝18ghz，掃頻范圍δf＝2ghz，以此類推，經(jīng)過8次單邊帶調(diào)制后，光頻率f∈(f0+8f1,f0+8f2)＝(f0+64ghz,f0+72ghz)，此時(shí)掃頻的頻差為δf＝8ghz。從本實(shí)施例可明顯看出，原本單邊帶調(diào)制的范圍為1ghz,經(jīng)過本發(fā)明的調(diào)制系統(tǒng)后，光掃頻范圍變?yōu)榱?ghz，擴(kuò)大了8倍，在ofdr中，若掃頻范圍擴(kuò)大8倍，則ofdr系統(tǒng)的分辨率提高8倍。且本發(fā)明并未增加其他元件，主要器件仍是單邊帶調(diào)制儀，所以本發(fā)明的極大優(yōu)勢(shì)在于使用基本的單邊帶調(diào)制儀就可以將掃頻范圍擴(kuò)大n(n≥2)倍。如上所述即為本發(fā)明的實(shí)施例。前文所述為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12