光时延估计装置及方法

本公开的至少一种实施例涉及弱测量计算领域，更具体地涉及一种光时延估计装置及方法。

背景技术：

1、实时且高精度的光时延估计技术在许多应用中发挥着关键作用，例如，应用于分布式光纤传感、惯性导航系统、引力波观测等，由于光学时延的变化通常都是微小的，一般采用光学干涉法进行估计。然而，弱测量技术自提出以来，因其具有显著的放大效应和抑制技术噪声的能力，在精密测量领域逐成为一种具有前景的替代方案。在光时延估计任务中，弱测量技术相比于标准光学干涉技术，能够实现三个数量级的灵敏度提升。但是，相关技术中的基于光谱仪实现弱测量光时延估计方法，通过使用高精度光谱仪获取全部的光谱信息，从而从光谱变化中提取必要信息。

2、相关技术中基于光谱仪实现弱测量光时延估计方法，需要较长的积分时间，限制了其在检测时变信号方面的适用性。另外，基于二分光谱探测模块的弱测量方法，以光源中心波长为界频谱，通过收集左侧和右侧的光功率计算得到偏移量，从光谱变化中提取必要信息。二分光谱探测模块的固定光谱特性限制了其对光源频率变化的适应性，并且实现精确的光谱分割性能通常需要付出较大的成本。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种能够提高适用性的实时和高精度的光时延估计装置及方法。

2、根据本公开的第一个方面，提供了一种光时延估计装置，包括：弱测量组件，用于基于探测光输出包含待测光时延信息的第一光束和第二光束；第一光纤光栅，用于基于第一反射谱反射上述第一光束，得到第三光束；第二光纤光栅，用于基于第二反射谱反射上述第二光束，得到第四光束；其中，上述第一反射谱和上述第二反射谱的中心角频率关于上述探测光光谱的中心角频率对称；探测组件，用于探测上述第三光束和上述第四光束的光强，并基于上述第三光束和上述第四光束的光强，得到上述待测光时延信息。

3、根据本公开的实施例，上述第一光纤光栅和上述第二光纤光栅的反射率相同；上述第一反射谱和上述第二反射谱的带宽相同。

4、根据本公开的实施例，上述探测组件根据上述第三光束和上述第四光束的光强，得到光强比；基于上述光强比、上述探测光的光谱信息、上述第一反射谱和上述第二反射谱的光谱信息，得到上述待测光时延信息。

5、根据本公开的实施例，上述第一光纤光栅包括：第一光栅，用于基于第一反射谱反射上述第一光束；第一环形器，用于接收来自上述弱测量组件的上述第一光束，将上述第一光束传输至上述第一光栅，并将上述第一光栅反射的上述第三光束传输至上述探测组件；上述第二光纤光栅包括：第二光栅，用于基于第二反射谱反射上述第二光束；第二环形器，用于接收来自上述弱测量组件的上述第二光束，将上述第二光束传输至上述第二光栅，并将上述第二光栅反射的上述第四光束传输至上述探测组件。

6、根据本公开的实施例，上述弱测量组件包括：光源，用于输出上述探测光；第一偏振器件，用于调制上述探测光为前选择态，得到处于前选择态的探测光；第一弱作用器件，用于将外部信号与上述处于前选择态的探测光发生弱相互作用，以将上述待测光时延信息引入上述处于前选择态的探测光，得到第一弱作用光；第二偏振器件，用于调制上述第一弱作用光为后选择态，得到处于后选择态的输出光；其中，上述前选择态和上述后选择态的偏振夹角为预设角度；分束器，用于对上述输出光进行等比例分束，分别得到上述第一光束和上述第二光束。

7、根据本公开的实施例，上述弱测量组件还包括：第二弱作用器件，用于通过将参考时延信号引入上述第一弱作用光，得到第二弱作用光，以将上述待测光时延信息的探测区域从第一区间调整至第二区间；其中，上述第二区间相比于第一区间的探测灵敏度更高；上述第二偏振器件，用于调制上述第二弱作用光为上述后选择态，得到上述输出光。

8、根据本公开的实施例，上述第一偏振器件包括：第一偏振片，用于调制上述探测光的偏振态，得到上述前选择态。

9、根据本公开的实施例，上述第二偏振器件包括：第二偏振片，用于调制上述第一弱作用光的偏振态，得到上述后选择态。

10、根据本公开的实施例，上述探测组件包括：平衡探测器，用于接收上述第三光束和上述第四光束，并输出上述第三光束和上述第四光束的光强。

11、本公开的另一方面提供了一种光时延估计方法，应用于上述的光时延估计装置，上述方法包括：利用弱测量组件基于探测光输出包含待测光时延信息的第一光束和第二光束；利用第一光纤光栅基于第一反射谱反射上述第一光束，得到第三光束；利用第二光纤光栅基于第二反射谱反射上述第二光束，得到第四光束；其中，上述第一反射谱和上述第二反射谱的中心角频率关于上述探测光光谱的中心角频率对称；利用探测组件探测上述第三光束和上述第四光束的光强，并基于上述第三光束和上述第四光束的光强，得到上述待测光时延信息。

12、根据本公开的实施例，利用第一光纤光栅实现对第一光束基于第一反射谱的反射，利用第二光纤光栅实现对第二光束基于第二反射谱的反射，根据反射后的第三光束和第四光束的光强信息，得到待测光时延信息，利用探测组件可以实时获取第三光束和第四光束的光强信息，从而实现光时延的高精度实时估计。本公开实施例的光时延估计装置结构简单，第一光纤光栅和第二光纤光栅可以基于第一反射谱和第二反射谱进行设计，制备成本相对较低，使用便利，提高了对光源频率变化的适应性。

1.一种光时延估计装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光时延估计装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的光时延估计装置，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的光时延估计装置，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的光时延估计装置，其特征在于，所述弱测量组件包括：

6.根据权利要求5所述的光时延估计装置，其特征在于，所述弱测量组件还包括：

7.根据权利要求5所述的光时延估计装置，其特征在于，所述第一偏振器件包括：

8.根据权利要求5所述的光时延估计装置，其特征在于，所述第二偏振器件包括：

9.根据权利要求1所述的光时延估计装置，其特征在于，所述探测组件包括：

10.一种光时延估计方法，应用于如权利要求1-9任一项中所述的光时延估计装置，其特征在于，所述方法包括：