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【作 者】
陈文博
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【学位年度】2016
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【学位授予单位】华中科技大学
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【导师姓名】唐明
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【 关键词 】偏振光时域反射仪简单编码偏振度信噪比
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【摘 要】
光时域反射仪（Optical time domain reflectometry, OTDR）因其方便实用大量应用于光纤参数测量中。其系统信噪比取决于光脉冲峰值功率，光脉冲宽度以及光探测器性能。因此，往往在光脉冲峰值功率以及光探测器性能无法实现低成本的提升情况下，实际应用场景中，系统的信噪比提升往往通过增大探测光脉冲宽度完成。但随着光脉冲宽度的变大，系统分辨率也随之恶化。为了在不牺牲系统分辨率的前提下提高系统信噪比，传统的光时域反射仪以及基于光时域反射仪技术的分布式光纤传感系统中应用了多样化的通...
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光时域反射仪（Optical time domain reflectometry, OTDR）因其方便实用大量应用于光纤参数测量中。其系统信噪比取决于光脉冲峰值功率，光脉冲宽度以及光探测器性能。因此，往往在光脉冲峰值功率以及光探测器性能无法实现低成本的提升情况下，实际应用场景中，系统的信噪比提升往往通过增大探测光脉冲宽度完成。但随着光脉冲宽度的变大，系统分辨率也随之恶化。为了在不牺牲系统分辨率的前提下提高系统信噪比，传统的光时域反射仪以及基于光时域反射仪技术的分布式光纤传感系统中应用了多样化的通信编码技术。传统光时域发射仪利用双正交码后信噪比提升至9.04dB，分布式拉曼温度传感器与分布式布里渊温度传感器也运用了编码去噪技术，并实现了7dB的信噪比增益。<br> 在偏振光时域反射仪（Polarization optical time domain reflectometry, POTDR）系统中，由于光纤制造缺陷以及外界因素影响，光纤双折射沿光纤链路随机分布，进而造成光纤中传播信号光偏振态沿光纤链路随机分布。虽然偏振光时域反射仪受到与传统光时域反射仪同样的低信噪比困扰问题，由于光信号偏振态测量与光脉冲编码类型及光脉冲宽度有关，编解码技术迟迟没有出现在偏振光时域反射仪系统中。在实际运用中，由于瑞利背向散射信号弱以及信号光偏振度的下降，系统的偏振测量性能受到较大制约。为了提升偏振光时域反射仪的动态范围，需要在保证系统背向散射光偏振度（degree of polarization，DOP）不降低的前提下提高系统整体信噪比。<br> 本论文中首次提出并实现利用了简单编码技术（Simplex code）的偏振光时域反射仪系统，主要工作如下：<br> （1）推导出偏振光时域反射仪中动态范围与信号光偏振度和系统整体性能的定量关系，得出高偏振度与高动态范围正相关的结论，为选择合适的编解码方案提供了依据；<br> （2）基于斯托克斯矢量和密勒矩阵方法，利用光纤波片级联模型进行数值仿真，定量研究了背向散射信号光偏振度与编码长度以及脉冲宽度的关系。仿真实验证明在应用了Simplex Code的POTDR系统中，背向散射信号偏振度与编码长度无关，而增大码元宽度即脉冲宽度会导致消偏振效应。因此，通过设计较长码长、较窄码元宽度的Simplex Code可以在不造成消偏振效应的前提下提升系统信噪比并且不会造成空间分辨率的恶化。从而解决解决系统动态范围与分辨率的矛盾。<br> （3）搭建了基于Simplex Code的POTDR实验系统，验证了7至511阶Simplex Code对POTDR系统性能的提升作用，实验测量的编码增益与理论值相符合，511阶实Simplex Code实现了POTDR系统信噪比10.125dB的编码增益。基于高阶编码所具有的高偏振度及高信噪比特性，无需任何平均去噪过程，实验中利用511阶Simplex Code成功精确定位光纤链路中偏振控制器模拟扰动点造成的双折射变化。这一结果证明了基于编解码方案的POTDR技术的实用价值，为POTDR系统实现长距离的扰动与振动信号实时测量与定位指明了方向。
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【文献类型】
学位论文
- 【 JCR分区 】
医学:Q4
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