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基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计(BOTDR)可以同时对光纤沿途的温度和应力进行测量,且测量距离可达百公里以上,在桥梁建筑、油气管道、高压输电线路等大型基础设施健康监测领域有显著优势。在BOTDR传感系统中,背向布里渊散射光信号是非常微弱的,这对信号调制解调技术均提出了很高的要求。为了提高BOTDR传感系统的性能,在信号调制方面,通常利用外调制器将激光器发出的连续光调制成高消光比探测脉冲光以提高背向散射信号的信噪比。在信号解调方面,为了提高背向布里渊散射信号强度,通常采用自外差相干探测方法。但是直接将本地参考光与背向布里渊散射光相干,得到信号的中心频率高达11 GHz左右,不利于信号的采集和处理。一种可行的方法是借助外调制器改变参考光频率,降低相干信号带宽以减小数据采集和处理的难度。无论是探测脉冲光合成还是背向散射光解调,通常选择电光调制器(EOM)作为外调制器,通过X波段的微波电信号与光信号相互作用实现调制解调功能。但是EOM由于其双臂干涉结构原因,初始相位差对环境温度和振动敏感,长期工作时会发生工作点漂移,导致探测脉冲光消光比下降和参考光移频效率降低,且EOM自身消光有限,严重影响BOTDR传感系统的测量精度和系统稳定性。针对上述问题,本文对BOTDR系统中高消光比脉冲调制方法和参考光移频方法进行了深入研究,一方面,提出了基于锁相放大器和同步光开关的高稳定性电光调制器工作点锁定技术,使用同步光开关替代现有方法中的耦合器,消除了脉冲光对锁定精度的影响,同时进一步提高了脉冲光的消光比。另一方面,提出了基于交流光探测电路的相位锁定技术,对传统基于锁相放大器的EOM工作点锁定方法中光探测电路进行改进,使用交流光探测电路只检测用于工作点锁定的扰动信号,提高工作点锁定精度。基于上述技术,本文研制了高消光比探测脉冲光调制模块和高效率参考光频率调制模块,测试了调制解调模块的性能并和传统方法进行对比。使用本文所研制的高消光比探测脉冲光调制模块,探测脉冲光的消光比可达52.7 d B,且在4小时内波动小于±1 d B。使用本文所研制的高效率参考光频率调制模块,所调制参考光载波抑制比可达32 d B,且在4小时内波动小于±0.75 d B,使用本文研制的调制解调模块对现有BOTDR进行升级,使得在46.81 km传感光纤尾端,BOTDR系统在空间分辨率为20 m时测温最大误差由2.9℃减小至0.9℃。实验证明本文所研制的高消光比探测脉冲光调制模块和高效率参考光频率调制模块有利于BOTDR系统性能提升。