OFDR系统的关键技术

     最近在学习OFDR技术，OFDR系统的关键技术主要包括：线性扫频光源、外差探测光路（光外差）、光接收机以及信号处理单元等。其中信号处理单位包括光电转换后的信号模数转换和数据采集，以及数据采集后的处理，核心是FFT。上述关键技术中前面几个都是光学范畴，最后一项属于咱电子学范畴。

1、OFDR系统对线性扫频光源的要求

      OFDR系统需要线性扫频的激光光源，同时线性扫频的激光光源还要满足光外差探测条件（什么是光外差探测条件？）。

     光外差探测要求信号光和参考光必须具有相同的模式结构，这意味着所用的激光器应该单频基模运转（太专业不理解）。另外，光外差探测是一种相干探测方法，因此光源要有相当大的相干长度，光源相干长度又与光源的线宽有关（什么是光的相干？什么是光源的线宽？）。当光源的线宽越窄时，其相干长度就越大。而窄线宽光源也有利于进行线性扫频调制（调频有点类似雷达发射机前的中频信号需要调频到射频之后才发射一样，手机信号也类似）。所以，窄线宽也是对OFDR系统光源进行设计时需要重点考虑的一个问题。

2、OFDR系统对光路和光接收机的要求

     光路和光接收机部分对于OFDR系统的高分辨率设计也起到很重要的作用。系统是通过测量计算瑞利散射中的背向散射光，达到检测光纤损耗目的的。当光源的功率过高时，将引起受激布里渊散射，这明显不利于系统的高分辨率测量。因此光源的光功率不宜太高，而一般待测光纤的长度都较长，即测量距离较大。这就要求OFDR系统光路部分的耦合损耗要尽可能的低。同时光路需要满足光外差探测的要求。光外差探测需要光路满足以下条件：

• 光路需要保证信号光和参考光在光混频面上必须相互重合。（怎么理解这种重合？）
• 信号光和参考光的能流矢量必须尽可能地保持同一方向，这就要求光路要能够保证两束光保持空间上的角准直。
• 有效的光混频还要求两光波必须同偏振，因此光路必须对光束的偏振状态进行控制。

     光路采用的是光纤迈克尔逊干涉仪，所以使用的器件都为光纤器件。它可以很好地满足上述前面两个光外差探测条件（why？）。所以光路设计部分的主要工作为：选择合适的器件实现迈克尔逊干涉仪的功能，同时要尽量降低光功率的偶尔损耗，并对光束偏振状态进行控制。

      OFDR系统光接收机部分是由光电探测模块和频谱分析仪（感觉频率分析仪太贵，且笨重，应该可以用数字电路替换）组成。接收机带宽是光接收机部分较为重要的参数。接收机带宽的选择将直接影响到整个系统的空间分辨率。受光源的线性度与接收机本身性能的影响，接收机带宽是不可能无限小的。因此，选择合适的接收机带宽也是高分辨率OFDR系统设计和实验的关键部分之一。

     光外差探测方法的良好转换增益，使得OFDR系统对光接收机灵敏度的要求没有OTDR那样的高。但是在对超远距离的待测光纤进行测量时，光源光功率的预算必不可少的需要考虑到光接收机灵敏度的影响。

3、OFDR系统对信号处理部分的要求

     在不使用频谱仪的情况下，OFDR系统需要考虑到对信号处理单元的设计。信号处理单元需要做的工作是：将光电探测模块探测到的时域信号转化到频域，并提取出OFDR系统所需要的信息，包括中频f_IF大小以及相应中频光电流值。