基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器

报道了基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器研究结果.采用全保偏光纤干涉仪结构消除了偏振不稳定性,运用相位载波调制解调信号处理技术消除相位随机漂移引起的干涉信号衰落的影响,实现了对声信号的稳定检测和光纤水听器探头的全光纤化.实验测得在20～1 600 Hz频段,光纤水听器的相位灵敏度约为-162.5 dB,灵敏度的起伏为±0.7 dB,500 Hz单频点的灵敏度变化小于0.1 dB.     

远程光纤水听器系统中传输光纤引入噪声的抑制

远程传输光纤受环境的影响会在水听器系统中引入噪声,利用迈克耳孙光纤干涉仪模拟光纤水听器,搭建了远程光纤水听器系统,采用参考干涉仪法解调对传输光纤引入的噪声进行抑制。实验结果表明,与常用的相位产生载波技术(PGC)解调相比,参考干涉仪法解调在不影响传感水听器对声信号检测能力的情况下,对传输光纤引入的扰动噪声能进行良好的抑制,频率为500 Hz噪声的抑制量可达到约25 d B,同时该方法使传感水听器系统中100 Hz位置的本底噪声也降低了17 d B。     

光纤水听器无电中继远程解调系&统噪声优化

光纤水听器无电中继远程解调系统的噪声主要来源于放大自发辐射(ASE)噪声和双重瑞利散射(DRS)噪声。为了优化系统噪声并提升系统的性能,通过噪声拟合方法实验分离了ASE噪声和DRS噪声对系统相位噪声的影响。结果表明ASE噪声是实验系统的主要噪声源,但DRS噪声也会成为降低系统相位噪声的限制因素。理论分析并实验验证了光源相位调制方案对两种噪声源的抑制效果,通过铌酸锂相位调制器对100km远程解调系统的光源施加幅度为2.2rad、频率为40 MHz的正弦相位调制,ASE噪声功率下降了5.2dB,DRS噪声功率下降了6.2dB,系统总相位噪声下降了5.2dB。     

光纤水听器时分复用系统通过3×3耦合器信号解调的一种新算法

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中,光纤水听器仍为2×2耦合器结构,3×3耦合器作为匹配干涉仪,利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调,解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统,在1 kHz时,系统的噪声本底为31μrad/Hz,动态范围超过125 dB,串扰小于64 dB。     

光纤水听器远程传输中相干瑞利噪声的抑制

在使用窄线宽光源的干涉型光纤水听器远程传输系统中,瑞利散射通过多光束干涉引入了严重的相干噪声。分析了光纤远程传输产生的单次瑞利后向散射(RB)和双重瑞利散射(DRS)对干涉系统的影响,并使用隔离器对RB进行抑制。推导了DRS引入的相位噪声的模型,通过讨论DRS的调制特性,得出相位产生载波(PGC)技术在消除相位衰落的同时也可以大大抑制DRS产生相干噪声的结论。实验结果表明,在光纤水听器往返各25km的传输系统中,隔离器对RB产生的相位噪声抑制最大达20dB,PGC技术对DRS噪声的抑制最大达10dB。在同时抑制RB和DRS后,50km光纤传输系统中相干瑞利散射噪声的影响基本消除。     

基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

干涉型光纤传感器相位漂移的无源解决方法

相位漂移是干涉型光纤传感器实际应用中遇到的关键问题之一。提出了一种基于线性控制原理的无源解决方法,利用干涉仪的输出信号得到一个误差信号对光源波长进行调节,在非平衡干涉仪中产生一个补偿相位,对各种噪声引起的相位漂移进行补偿,从而使干涉仪一直工作在最灵敏的地方,实现了无源线性检测。搭建实验系统,利用该方法对某一干涉型光纤水听器进行了测试,结果表明该光纤水听器被很好地控制在正交工作状态,获得了稳定的输出信号。在20~2500 Hz频率范围内,该光纤水听器的声压灵敏度为-156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±1.2 dB,与采用相位载波(PGC)调制解调方法测得的结果一致,从而验证了该方法的可行性。     

干涉型光纤水听器相位载波调制及解调方案研究

本概述了Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉型光纤水听器两种不同的相位载波调制（ＰＧＣ）原理，着重分析了在直接调制半导体激光器实现相位载波的信号解调技术中伴生调幅的影响及解决办法，指出采用直接调制光源实现相位载波技术是将来构成全光纤干涉型水听器系统的优选方案。     

基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统

基于光源内调制法的相位生成载波(PGC)解调系统中存在因干涉仪臂差及光源快速调谐引入环境相位噪声和光源相位噪声等问题,为此,建立了基于微纳光纤全光相位调制器的新型PGC解调系统。为满足PGC解调技术应用要求,设计了基于光吸收致热效应的微纳光纤全光相位调制器,调制带宽可达10kHz以上。在此基础上,构建了光纤水听器PGC解调系统,并进行了模拟水声信号的测试解调研究。实验结果显示,该系统可以对3kHz以下水声信号的进行良好解调。     

干涉型光纤水听器模拟分析与优化

概述了干涉型光纤水听器直接调制光源的相位载波调制解调原理,对实际应用中存在的问题进行了详细的理论和模拟分析,并提出了优化调制信号幅度、消除延迟的影响以及采用自动增益控制电路来稳定光电检测输出等优化方案来提高水听器的稳定性和动态范围,减少波形畸变。     

数字化PGC解调光纤水听器的动态范围

阐述了基于数字化PGC解调的光纤水听器基本原理,对该系统最大可测信号及最小可测信号进行了理论分析,得出了系统动态范围的主要决定因素。搭建光纤水听器系统,测试了光纤水听器系统的自噪声谱级,建立标准得到系统的最大可测信号。当带宽为63～1600Hz时,测得系统的动态范围高达108～120dB。     

光纤水听器波分复用系统关键技术研究

设计了光纤水听器波分复用系统的基本结构。结合相关的实验测试结果,分析了这种光纤水听器波分复用系统中的一些关键技术,以及对相关光学元器件(如光源、波分复用器、掺铒光纤放大器等)的特殊要求。并进行了相关的计算仿真。     

超荧光光纤光源相对强度噪声数字抑制系统

超荧光光纤光源(SFS)具有高稳定性,是光纤传感器(FOSs)中一种理想的光源。SFS 光源的相对强度噪声(RIN)是影响FOSs 性能的一个重要的因素。由于使用模拟抑制电路的噪声抑制系统无法很好的抑制RIN,文中提出了使用强度调制器的数字RIN 抑制系统。为了验证此想法,建立了半实物仿真模型,该模型可以在中心频率处抑制RIN 达到20 dB。该数字系统相对原有模拟系统,性能有了很大的提高,因此对FOSs 性能的提高有很大的贡献。     

Low-noise narrow-linewidth fiber laser at 1550 nm (June 2003)

We present a compact integrated fiber laser with more than 200 mW of output power. It combines polarized fiber output with very narrow linewidth of less than 2 kHz. The coherence length of the laser is measured to be longer than 5 km. The laser features high mode stability of less than /spl plusmn/10 MHz over hours. The relative intensity noise (RIN) spectrum is dominated by a peak at the relaxation oscillation frequency and is shot-noise limited otherwise. The RIN peak at 1 MHz is reduced to /spl sim/-130 dB/Hz by integrating a negative feedback circuit. In addition to thermal wavelength tuning, the laser frequency can be modulated at a bandwidth of up to 10 kHz via the piezoelectric effect.     

光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场的影响

对光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场分布的影响进行了数值研究,分析了输出单元占空比、位置误差和平行度误差对远场光场分布的影响。结果表明,输出单元占空比的增加只能提高中心光斑的能量,但无法改变中心光斑的平均光强;而位置误差会使远场光场中的旁瓣能量减弱,降低光纤激光器相干合成系统的转换效率。分析发现,位置误差的这种影响可以通过增加输出单元的占空比来减弱。最后,通过分析平行度误差对远场光场的影响,对光纤激光器相干合成系统中的平行度误差控制提出了建议。     

基于腔内光放大器结构的光纤激光器噪声抑制方法

设计了一种将半导体光放大器耦 合于光纤激光器腔内的结构,以抑制光纤激光器的相对强 度噪声。基于半导体光放大器的增益饱和效应,将光纤 激光器在弛豫振荡峰处的相对强度噪声抑制了30 dB。更进 一步地,通过腔内的放大器结构使得放大器内部的光学 强度达到一个稳定态,最终使得激光器的频率噪声没有因 光放大器的加入而产生劣化。     

高性能三维全保偏光纤矢量水听器研制

研制了高性能的三维光纤矢量听水器,采用全保偏光纤结构消除偏振不稳定性影响、光频调制相位载波（PGc）技术消除随机相位漂移,实现了探测单元的全光化。优化结构设计,采用薄壁空心刚性圆柱结构作为弹性柱体,大大拓展了光纤矢量水听器的工作频带,同时保证了水听器探测灵敏度。经权威机构检测,该光纤矢量水听器的工作频带为20～2000...     

水面声光耦合光纤水听器的抗波浪解调方法

为了减弱基于水面声光耦合的光纤水听器水面波动对解调信号造成的幅度衰落,采用了利用检测信号臂光强度信息补偿解调信号幅度的方法。从理论上推导了该方法修正解调信号的过程,并对该过程进行了数值仿真,同时实际搭建光纤水听器探测系统,利用/2相位解调法对水面恒定振动信号进行了实验验证。结果表明,相比原始解调信号,修正后的信号幅度基本稳定,幅度值整体提高5dB,解调信号失真度减小,相位噪声得到抑制,信噪比得到提高,可辨认信号时间长度扩展为原来的3.5倍。该方案能有效克服由水面波动引起的解调信号衰落现象,信号质量得到优化,系统抗波浪解调能力得到提高。     

抑制光纤检波器系统光强波动影响的解调方法

基于海上油藏勘探领域的光纤检波器光电复合空分阵列系统,通过两路PGC 干涉检波信号相除以构造非线性函数,提出了一种采用查找表实现该非线性函数解调的新方法。相比传统的两路PGC 干涉检波信号线性组合的反正切解调方法,构造非线性函数解调新方案不仅可以补偿生成载波时直接调制DFB 光源带来的高频光强波动干扰,也可以抑制其他因素造成的光强随机波动给采用定常系统参数解调带来的影响。实验结果表明:内调制DFB 激光器,采用非线性函数解调方案比线性组合方案在谐波抑制方面优势明显,两者HSR 平均值相差达26.37 dB;当系统光强降低50%,非线性函数解调方案的结果HSR 平均值优于线性组合方案得到的结果,两者相差达17.53 dB。