抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器

本发明主要涉及到光纤传感及扩频通信，尤其一种抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器。

背景技术：

1、光纤水听器凭借声压灵敏度高、动态范围大、易于大规模组阵等诸多优点，在未来海洋牧场、海洋资源探测等领域中将有着极为重要的应用前景。目前光纤水听器正朝着高分辨率、大规模、小尺寸、高可靠性等方向发展。以大型时分、空分、波分混合复用系统为代表的传感阵列规模从数十基元逐渐扩展到上千基元，传感范围和测试精度的提升也让其更加备受关注。

2、目前实用化程度较高的两种光纤水听器是传统的基于michelson干涉仪(mi)光纤水听器和光纤光栅水听器，其中基于迈克尔逊干涉仪的光纤水听器由于系统中包含光纤法拉第旋镜，能够抑制光纤水听器随机偏振衰落现象，大大降低了干端信号解调难度，目前仍被广泛应用于海洋水声物理研究、石油勘探、海洋渔业等场景。

3、光纤水声探测系统经过几十年的发展，克服了从基础理论到实际应用的一系列难题，随着研究的深入，光纤水听器已经在若干领域进入了应用阶段。但是在推进实用化进程中，起源于光学物理层面、但在实验室研究中被忽略的基础科学问题成为工程化应用中的新技术瓶颈，其中重要的一项即为光纤水听器中的瑞利散射效应。瑞利散射会随着光纤传输距离的增大而累加，进而引发噪声增大、复用规模和传输距离受限的问题。解决这一问题的关键在于解决高单色性激光窄线宽和低相干的矛盾问题，传统的抑制瑞利散射的方法包括改变光源相干长度或者借助环形器和隔离器增设传输光纤这两种方式，但是这两种方式所带来的负面效应也是很明显的，前者会增大背景噪声，后者会提升水听器的复杂度并降低整体的可靠性，不太适合大范围传感。因此，研究一种不增加本底噪声和系统复杂度，完全不产生负面影响的光纤水听器瑞利散射抑制方法无疑会对整个光纤水声探测系统的发展产生巨大的推动作用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，包括光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，所述光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器包括问询激光脉冲产生单元、环形器、传感通道以及回光探测单元，所述传感通道是基于光纤迈克尔逊干涉仪的传感通道；

4、所述问询激光脉冲产生单元用于产生问询激光脉冲，在所述问询激光脉冲产生单元中引入伪随机码相位调制技术对问询激光脉冲的相位进行调节，将问询激光脉冲的相位调制成多个伪随机分布的离散的相位，以降低问询激光脉冲的自相干性，实现对光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器瑞利散射噪声的有效抑制；

5、所述问询激光脉冲产生单元产生的问询激光脉冲经环形器输入到传感通道，所述传感通道的回光经环形器后传输至回光探测单元。

6、进一步地，所述传感通道中的光纤迈克尔逊干涉仪包括第三光纤耦合器、光纤法拉第旋镜以及通道延迟光纤。

7、进一步地，所述问询激光脉冲产生单元包括激光光源、光纤声光调制器和光纤相位调制器；激光光源发射出的激光经光纤声光调制器调制成脉冲激光，脉冲激光经光纤相位调制器进行相位调制，将问询激光脉冲的相位调制成多个伪随机分布的离散相位。

8、进一步地，所述问询激光脉冲产生单元还包括光纤放大器，光纤放大器用于将脉冲激光功率放大。

9、进一步地，所述光纤相位调制器连接有相位控制单元，所述相位控制单元包括伪随机码生成单元、高速任意波形发生器以及相位调制器驱动，所述伪随机码生成单元用于生成伪随机码，并将生成的伪随机码输入至高速任意波形发生器，由高速任意波形发生器根据伪随机码生成随机分布的高低电平，随机分布的高低电平输入到相位调制器驱动，由相位调制器驱动调制光纤相位调制器，使问询激光脉冲的相位按照高低电平分布规律进行调制。

10、进一步地，伪随机码生成单元能够生成不同阶数或者不同类型的伪随机码，进而通过相位调制器将问询激光脉冲调制成不同类型的离散分布形式。

11、进一步地，所述伪随机码为不同的m码序列或者不同阶次gold码序列。

12、进一步地，所述光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器包括光纤匹配干涉仪，光纤匹配干涉仪连接在问询激光脉冲产生单元与环形器之间的光路中，或者光纤匹配干涉仪连接在环形器与传感通道之间的光路中，或者光纤匹配干涉仪连接在环形器与回光探测单元之间的光路中。

13、进一步地，所述光纤匹配干涉仪包括第一光纤耦合器、第一传输臂、第二传输臂和第二光纤耦合器，输入至光纤匹配干涉仪的激光经第一光纤耦合器分为两束，其中一束经第一传输臂传输至第二光纤耦合器，另一束经第二传输臂传输至第二光纤耦合器，第一传输臂和第二传输臂的长度不同，形成的具有一定时间间隔的两束脉冲光经第二光纤耦合器合束输出。

14、进一步地，所述传感通道为单通道的光纤迈克尔逊干涉仪型传感通道、多个时分通道的光纤迈克尔逊干涉仪型传感通道或者多个波分通道的光纤迈克尔逊干涉仪型传感通道。

15、本发明提供一种抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器,从光波的物理本质出发，从光纤传感和扩频通信技术获取灵感，通过信号调制解调的手段实现对光纤水听器瑞利散射噪声的高效抑制，为加速推动光纤水听器的工程实用化进程提供了重要的技术支撑。

16、具体地，通过将光纤相位调制器接入光纤水听器系统用于调节问询激光脉冲的相位，以此改变问询激光脉冲的自相干性，从而抑制瑞利散射对干涉信号的影响。由于问询激光脉冲的自相关性与其本身的相位调制情况直接相关，为了使每一个脉冲序列的自相关性尽可能降到最低，本发明借鉴扩频通信领域的伪随机码技术来实现对问询激光脉冲相位的调节。伪随机码的一个重要特性就是自相干性很低，本发明引入伪随机码相位调制技术后能够将原本连续的问询激光脉冲的相位调制成多个伪随机分布的离散的相位，以此降低问询激光脉冲的自相干性。

17、进一步地，本发明所用的伪随机码由计算机通过线性位移寄存器产生，是一串包含0，1随机分布的数列串，也可以调制成-1，1随机分布的数列。

18、进一步地，本发明中计算机生成的伪随机码输入到高速信号发生器中，由高速信号发生器根据伪随机码（可以是0，1随机分布序列，也可以是1，-1随机分布序列）生成随机分布的高低电平。

技术特征：

1.抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，包括光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，所述光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器包括问询激光脉冲产生单元、环形器、传感通道以及回光探测单元，所述传感通道是基于光纤迈克尔逊干涉仪的传感通道；

2.根据权利要求1所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述传感通道中的光纤迈克尔逊干涉仪包括第三光纤耦合器、光纤法拉第旋镜以及通道延迟光纤。

3.根据权利要求1所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述问询激光脉冲产生单元包括激光光源、光纤声光调制器和光纤相位调制器；激光光源发射出的激光经光纤声光调制器调制成脉冲激光，脉冲激光经光纤相位调制器进行相位调制，将问询激光脉冲的相位调制成多个伪随机分布的离散相位。

4.根据权利要求3所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述问询激光脉冲产生单元还包括光纤放大器，光纤放大器用于将脉冲激光功率放大。

5.根据权利要求3所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述光纤相位调制器连接有相位控制单元，所述相位控制单元包括伪随机码生成单元、高速任意波形发生器以及相位调制器驱动，所述伪随机码生成单元用于生成伪随机码，并将生成的伪随机码输入至高速任意波形发生器，由高速任意波形发生器根据伪随机码生成随机分布的高低电平，随机分布的高低电平输入到相位调制器驱动，由相位调制器驱动调制光纤相位调制器，使问询激光脉冲的相位按照高低电平分布规律进行调制。

6.根据权利要求5所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，伪随机码生成单元能够生成不同阶数或者不同类型的伪随机码，进而通过相位调制器将问询激光脉冲调制成不同类型的离散分布形式。

7.根据权利要求5所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述伪随机码为不同的m码序列或者不同阶次gold码序列。

8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器包括光纤匹配干涉仪，光纤匹配干涉仪连接在问询激光脉冲产生单元与环形器之间的光路中，或者光纤匹配干涉仪连接在环形器与传感通道之间的光路中，或者光纤匹配干涉仪连接在环形器与回光探测单元之间的光路中。

9.根据权利要求8所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述光纤匹配干涉仪包括第一光纤耦合器、第一传输臂、第二传输臂和第二光纤耦合器，输入至光纤匹配干涉仪的激光经第一光纤耦合器分为两束，其中一束经第一传输臂传输至第二光纤耦合器，另一束经第二传输臂传输至第二光纤耦合器，第一传输臂和第二传输臂的长度不同，形成的具有一定时间间隔的两束脉冲光经第二光纤耦合器合束输出。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或9所述的抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，其特征在于，所述传感通道为单通道的光纤迈克尔逊干涉仪型传感通道、多个时分通道的光纤迈克尔逊干涉仪型传感通道或者多个波分通道的光纤迈克尔逊干涉仪型传感通道。

技术总结本发明提供一种抑制瑞利散射的光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器，包括问询激光脉冲产生单元、环形器、传感通道以及回光探测单元，在问询激光脉冲产生单元中引入伪随机码相位调制技术对问询激光脉冲的相位进行调节，将问询激光脉冲的相位调制成多个伪随机分布的离散的相位，以降低问询激光脉冲的自相干性，实现对光纤迈克尔逊干涉仪型光纤水听器瑞利散射噪声的有效抑制。本发明使用伪随机码调节问询脉冲相干性的方法，能够在不影响探测信号的同时降低问询激光脉冲的自相关性，降低光纤水听器系统的瑞利散射相位噪声，提升所探测干涉信号的信噪比。技术研发人员：尚凡,胡琪浩,马丽娜,王伍捷,高嘉丽,潘彤,申宇,卞玉洁,朱小谦受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27