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相位敏感型光时域反射传感系统光学背景噪声的产生机理及其抑制方法

张旭苹 张益昕 王峰 单媛媛 孙振鉷 胡燕祝

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相位敏感型光时域反射传感系统光学背景噪声的产生机理及其抑制方法

张旭苹, 张益昕, 王峰, 单媛媛, 孙振鉷, 胡燕祝

The mechanism and suppression methods of optical background noise in phase-sensitive optical time domain reflectometry

Zhang Xu-Ping, Zhang Yi-Xin, Wang Feng, Shan Yuan-Yuan, Sun Zhen-Hong, Hu Yan-Zhu
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  • 相位敏感型光时域反射(-OTDR)传感系统具有响应速度快、灵敏度高等优点,能够实现对微弱扰动的分布式检测,在重大设施的入侵警戒、大型工程结构的健康监测等领域具有广阔应用前景.然而,与传统的OTDR传感系统不同,-OTDR系统中存在着激光器中心频率漂移、偏振相关的噪声、光纤应变与干涉强度非线性对应关系引起的测量失真等光学背景噪声,对有效信号的提取形成了不可忽视的干扰,从而限制了-OTDR传感系统在实际应用环境下的传感性能.本文对这些光学背景噪声的产生机理进行了深入分析,并提出了相应的噪声抑制方法.实验结果表明,本文提出的方法可以有效抑制-OTDR传感系统中的光学背景噪声,并显著提高传感系统性能.
    Phase-sensitive optical time domain reflectometry (-OTDR) has the advantages of fast response and high sensitivity. Therefore, it can realize fully distributed monitoring of weak vibrations along an optical fiber, which is of great value in many applications such as perimeter security and structural health monitoring. However, the optical background noise in the -OTDR will disturb the extraction of effective signals and limit the performance of this system. The optical background noise mainly includes the laser center frequency drift, the polarization-relevance noise and the distortion measurement due to the nonlinear relationship between optical fiber strain and interference intensity. In this paper, the generating mechanism of these optical background noise was analyzed and the corresponding noise suppression methods were proposed. The experiment results showed that the proposed methods could suppress the optical background noise effectively and improve the sensing performance significantly.
      通信作者: 张益昕, zyixin@nju.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61627816,61540017,61405090,61307096)和北京财政支持的城市地下基础设施的光纤检测平台资助的课题.
      Corresponding author: Zhang Yi-Xin, zyixin@nju.edu.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation (Grant Nos. 61627816, 61540017, 61405090, 61307096), and the Project of Beijing Financial, China.
    [1]

    Taylor H F, Lee C E 1993 U.S. Patent 5194847[1993-03-16]

    [2]

    Bucaro J, Carome E 1978 Appl. Opt. 17 330

    [3]

    Ran Z L, Rao Y J, Liu W J, Liao X, Chiang K S 2008 Opt. Express 16 2252

    [4]

    Tsai P, Sun F, Xiao G, Zhang Z 2008 IEEE Photonics Tech. L. 20 300

    [5]

    Lu Y L, Zhu T, Chen L, Bao X 2010 J. Lightwave Technol. 28 3243

    [6]

    Bao X Y, Chen L 2011 Sensor 11 4152

    [7]

    Bi W H, Yang X P, Li J Y, Fu X H, Fu G B 2014 Chinese Journal of Lasers 41 1205007 (in Chinese)[毕卫红, 杨希鹏, 李敬阳, 付兴虎, 付广博2014中国激光41 1205007]

    [8]

    Martins H F, Martin-Lopez S, Corredera P, Filograno M L, Frazao O 2014 J. Lightwave Technol. 32 1510

    [9]

    Wang Z N, Zeng J J, Li J, Fan M Q, Wu H, Peng F, Rao Y J 2014 Opt. Lett. 39 5866

    [10]

    Juarez J C, Maier E W, Choi K N, Taylor H F 2005 J. Lightwave Technol. 23 2081

    [11]

    Barnoski M, Jensen S 1976 Appl. Opt. 15 2112

    [12]

    Aoyama K, Nakagawa K, Itoh T 1981 IEEE J. Quantum Electron. 17 862

    [13]

    Gold M P 1985 J. Lightwave Technol. 3 39

    [14]

    Healey P 1981 Electron. Lett. 17 62

    [15]

    Healey P 1984 Electron. Lett. 20 30

    [16]

    Healey P 1984 Electron. Lett. 20 443

    [17]

    Li Q, Zhang C X, Li L J, Zhong X, Li C S 2014 Chinese Journal of Laser 41 0305003 (in Chinese)[李勤, 张春熹, 李立京, 钟翔, 李传声2014中国激光41 0305003]

    [18]

    Martins H F, Martin-Lopez S, Corredera P 2013 J. Lightwave Technol. 31 3631

    [19]

    Mermelstein M D, Posey Jr R, Johnson G A, Vohra S T 2001 Opt. Lett. 26 58

    [20]

    Zhong X, Zhang C, Li L, Liang S, Li Q, L Q 2014 Appl. Opt. 53 4645

    [21]

    Andrea G, Luca P 2000 Opt. Lett. 25 384

    [22]

    Jones R C 1941 JOSA 31 488

    [23]

    Barlow A J 1985 J. Lightwave Technol. 3 135

    [24]

    Wang F, Zhang X, Wang X, Chen H 2013 Opt. Lett. 38 2437

    [25]

    Juan C, Taylor H F 2005 Opt. Lett. 30 3284

    [26]

    Zhu F, Zhang X P, Xia L, Guo Z, Zhang Y X 2015 IEEE Photonic Tech. 27 2523

    [27]

    Lu Y L, Zhu T, Chen L, Bao X Y 2010 J. Lightwave Technol. 28 3243

    [28]

    Zhu F, Zhang Y X, Xia L, Wu X L, Zhang X P 2015 J. Lightwave Technol. 33 4775

  • [1]

    Taylor H F, Lee C E 1993 U.S. Patent 5194847[1993-03-16]

    [2]

    Bucaro J, Carome E 1978 Appl. Opt. 17 330

    [3]

    Ran Z L, Rao Y J, Liu W J, Liao X, Chiang K S 2008 Opt. Express 16 2252

    [4]

    Tsai P, Sun F, Xiao G, Zhang Z 2008 IEEE Photonics Tech. L. 20 300

    [5]

    Lu Y L, Zhu T, Chen L, Bao X 2010 J. Lightwave Technol. 28 3243

    [6]

    Bao X Y, Chen L 2011 Sensor 11 4152

    [7]

    Bi W H, Yang X P, Li J Y, Fu X H, Fu G B 2014 Chinese Journal of Lasers 41 1205007 (in Chinese)[毕卫红, 杨希鹏, 李敬阳, 付兴虎, 付广博2014中国激光41 1205007]

    [8]

    Martins H F, Martin-Lopez S, Corredera P, Filograno M L, Frazao O 2014 J. Lightwave Technol. 32 1510

    [9]

    Wang Z N, Zeng J J, Li J, Fan M Q, Wu H, Peng F, Rao Y J 2014 Opt. Lett. 39 5866

    [10]

    Juarez J C, Maier E W, Choi K N, Taylor H F 2005 J. Lightwave Technol. 23 2081

    [11]

    Barnoski M, Jensen S 1976 Appl. Opt. 15 2112

    [12]

    Aoyama K, Nakagawa K, Itoh T 1981 IEEE J. Quantum Electron. 17 862

    [13]

    Gold M P 1985 J. Lightwave Technol. 3 39

    [14]

    Healey P 1981 Electron. Lett. 17 62

    [15]

    Healey P 1984 Electron. Lett. 20 30

    [16]

    Healey P 1984 Electron. Lett. 20 443

    [17]

    Li Q, Zhang C X, Li L J, Zhong X, Li C S 2014 Chinese Journal of Laser 41 0305003 (in Chinese)[李勤, 张春熹, 李立京, 钟翔, 李传声2014中国激光41 0305003]

    [18]

    Martins H F, Martin-Lopez S, Corredera P 2013 J. Lightwave Technol. 31 3631

    [19]

    Mermelstein M D, Posey Jr R, Johnson G A, Vohra S T 2001 Opt. Lett. 26 58

    [20]

    Zhong X, Zhang C, Li L, Liang S, Li Q, L Q 2014 Appl. Opt. 53 4645

    [21]

    Andrea G, Luca P 2000 Opt. Lett. 25 384

    [22]

    Jones R C 1941 JOSA 31 488

    [23]

    Barlow A J 1985 J. Lightwave Technol. 3 135

    [24]

    Wang F, Zhang X, Wang X, Chen H 2013 Opt. Lett. 38 2437

    [25]

    Juan C, Taylor H F 2005 Opt. Lett. 30 3284

    [26]

    Zhu F, Zhang X P, Xia L, Guo Z, Zhang Y X 2015 IEEE Photonic Tech. 27 2523

    [27]

    Lu Y L, Zhu T, Chen L, Bao X Y 2010 J. Lightwave Technol. 28 3243

    [28]

    Zhu F, Zhang Y X, Xia L, Wu X L, Zhang X P 2015 J. Lightwave Technol. 33 4775

  • [1] 覃俭. 光源相位噪声对高斯玻色采样的影响. 物理学报, 2023, 72(5): 050302. doi: 10.7498/aps.72.20221766
    [2] 梁旭, 林嘉睿, 吴腾飞, 赵晖, 邾继贵. 重复频率倍增光频梳时域互相关绝对测距. 物理学报, 2022, 71(9): 090602. doi: 10.7498/aps.71.20212073
    [3] 李明杨, 赵航芳, 孙超. 风成噪声背景下垂直阵阵列信噪比随声源深度的变化规律. 物理学报, 2022, 71(4): 044302. doi: 10.7498/aps.71.20211654
    [4] 任超, 黄益旺, 夏峙. 宽频带海洋环境噪声矢量场空间相关特性建模. 物理学报, 2022, 71(2): 024301. doi: 10.7498/aps.71.20211518
    [5] 李明杨, 赵航芳, 孙超. 风成噪声背景下垂直阵阵列信噪比随声源深度的变化规律. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211654
    [6] 任超, 黄益旺, 夏峙. 宽频带海洋环境噪声矢量场空间相关特性建模. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211518
    [7] 欧阳昊, 胡思扬, 申曼玲, 张晨希, 程湘爱, 江天. GeSe2中强各向异性偏振相关的非线性光学响应. 物理学报, 2020, 69(18): 184212. doi: 10.7498/aps.69.20200443
    [8] 曹亚敏, 武保剑, 万峰, 邱昆. 四波混频光相位运算器原理及其噪声性能研究. 物理学报, 2018, 67(9): 094208. doi: 10.7498/aps.67.20172638
    [9] 王大为, 王召巴. 一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法研究. 物理学报, 2018, 67(21): 210501. doi: 10.7498/aps.67.20180789
    [10] 迟静, 李小雷, 高大治, 王好忠, 王宁. 利用海浪噪声自相关实现散射体无源探测. 物理学报, 2017, 66(19): 194304. doi: 10.7498/aps.66.194304
    [11] 苏理云, 孙唤唤, 王杰, 阳黎明. 混沌噪声背景下微弱脉冲信号的检测及恢复. 物理学报, 2017, 66(9): 090503. doi: 10.7498/aps.66.090503
    [12] 王一鸣, 胡陈晨, 刘泉, 郭会勇, 殷广林, 李政颖. 基于连续扫频光时域反射的全同弱光栅高速解调方法. 物理学报, 2016, 65(20): 204209. doi: 10.7498/aps.65.204209
    [13] 王杰, 贾新鸿, 饶云江, 吴慧娟. 基于双向拉曼放大的相位敏感光时域反射仪. 物理学报, 2013, 62(4): 044212. doi: 10.7498/aps.62.044212
    [14] 陈伟, 孟洲, 周会娟, 罗洪. 远程干涉型光纤传感系统的非线性相位噪声分析. 物理学报, 2012, 61(18): 184210. doi: 10.7498/aps.61.184210
    [15] 刘娜, 席丽霞, 李建平, 张晓光, 田凤, 周浩. 一种提高基于循环频移器的多载波光源光信噪比的方案. 物理学报, 2012, 61(17): 174209. doi: 10.7498/aps.61.174209
    [16] 王建飞, 王潇, 罗洪, 孟洲. 基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声特性研究. 物理学报, 2012, 61(15): 150701. doi: 10.7498/aps.61.150701
    [17] 何 亮, 杜 磊, 庄奕琪, 陈春霞, 卫 涛, 黄小君. 金属互连电迁移噪声的相关维数研究. 物理学报, 2007, 56(12): 7176-7182. doi: 10.7498/aps.56.7176
    [18] 李 月, 杨宝俊, 石要武. 色噪声背景下微弱正弦信号的混沌检测. 物理学报, 2003, 52(3): 526-530. doi: 10.7498/aps.52.526
    [19] 黎永清, 王育竹. 利用光子相关性降低量子噪声. 物理学报, 1989, 38(3): 476-480. doi: 10.7498/aps.38.476
    [20] 许祯镛. 随机海洋声信道下的噪声场时空相关函数. 物理学报, 1976, 25(3): 246-253. doi: 10.7498/aps.25.246
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-23
  • 修回日期:  2017-03-26
  • 刊出日期:  2017-04-05

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