相位敏感光时域反射仪及其衰落噪声问题研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文培养单位：2013年5月ByZhouJunADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofOpticalEngineeringShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics

2、ChineseAcademyofSciencesMay,2013中国科学院上海光学精密机械研究所硕士学位论文研究生入学时间2Q坦92013年5月30日独创性声明本人声明所呈的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院上海光学精密机械研究所或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究工作所做的任何贡献，均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。学位

3、论文作者签名：I习傻签字日期：z口I；年y月；矿日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院上海光学精密机械研究所有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文件，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院上海光学精密机械研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：同傻签字日期：加f；年乡月；o日学位论文作者毕业去向：墨指导

4、教师签名：函L签字日期：扫B年夕月；口日柞工作单位：妣譬越幽魄公司糯通信地址：碰灶f垒孟耳出路丛至号邮编中国科学院上海光机所研究生毕业论文／2013年相位敏感光时域反射仪及其衰落噪声问题研究周俊指导老师：蔡海文研究员，潘政清助理研究员摘要相位敏感光时域反射仪(dpOTDR)是一种新型的分布式光纤传感器，在对光纤线路范围内的振动信号进行远程和实时监测方面，具有传统的传感器所不能替代的优势。目前国内外关于咖．OTDR的研究中，大部分检测的是瑞利散射信号的强度信息，但是对外界扰动引起光相位的变化并没有

5、定量的测量。最近，本课题提出了相位解调的由．OTDR系统，通过解调瑞利散射光的相位差信息来获得外界的扰动，相位解调精度达到O．1rad，保证了后续模式识别的准确性。然而，由于系统采用高相干性的激光光源，这使得瑞利后向散射光发生干涉衰落，即相干瑞利噪声。同时采用相干探测的方式，也不可避免会带来偏振衰落噪声的影响。干涉衰落和偏振衰落的共同作用会使得瑞利散射波形在一些位置处幅度接近于零，从而导致相位解调出现较大的误差，严重时将导致系统出现误报，直接影响由．OTDR系统工作的可靠性。为了提高相位解调的准

6、确性，本文主要围绕由．OTDR系统中出现的干涉衰落和偏振衰落问题展开一系列理论和实验研究，所涉及到的具体内容如下：(1)研制了一套巾．OTDR分布式光纤传感系统样机，详细介绍了整个巾．OTDR系统，包括其基本原理、系统结构、信号处理方法。为了显示实时性的要求，我们在原有基础上进行了算法改进和程序优化。同时在此实验平台上开展了PZT振动实验和声传感实验。最后对整个系统的性能进行了测试，各项性能指标如下：相位敏感光时域反射仪及其衰落噪声问题研究／周俊传感距离10km，空间分辨率5m，相位解调精度0．

7、1rad，振动信号探测带宽为25Hz．5kHz。(2)为了消除干涉衰落噪声对由．OTDR相位解调的影响，我们从瑞利散射的统计分布规律出发，对干涉衰落噪声的机理进行研究。针对现有模型不能够准确和定量解释干涉衰落现象的问题，提出了改进模型，并对其进行了数值仿真。研究了光纤折射率分布、随机散射系数、激光器频率以及脉冲宽度等参数对干涉衰落波形的影响，从而为实验研究奠定了理论基础。(3)开展基于巾．OTDR系统中衰落噪声的实验研究。针对干涉衰落噪声问题，提出了采用多频率光注入的方法；针对偏振衰落噪声问题，

8、采用了分偏振接收的方法；实验结果表明，基于三频率光注入的方法是可以综合鉴别干涉衰落导致的误报，基于分偏振接收方法可以有效地排除偏振衰落的影响。通过二者结合，我们可以有效地提高由．OTDR系统相位解调的准确性。关键词：传感器，相位敏感光时域反射仪，相干检测，衰落噪声中国利．学院上海光机所研究生毕业论文／2013年StudyonPhase·-sensitiveOpticalTime--domainReflectometryanditsFadingNoiseZhouJunDirectedby：Prof