CN113654639B - 一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤传感技术领域，公开了一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，包括窄线宽激光器；窄线宽激光器发出的激光被分为第一探测光、第二探测光和参考光三束光，第一和第二探测光分别依次经脉冲调制、延迟放大调制、以及再次放大后，入射至主动移频环形腔产生两个脉冲串对齐且脉宽不等的多阶谐波脉冲串；两个多阶谐波脉冲串经合束后入射至传感光纤；传感光纤中的输出传感光与参考光进行拍频后，拍频信号被平衡光电探测器探测。本发明可实现调制脉冲的消光比提升以及通过频率分集的多频探测光脉冲信号，有效增强后向瑞利散射光信号强度，同时减弱了后向瑞利散射光的干涉噪声，优化了***的信噪比，实现了超高空间分辨率。

Description

一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体为一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪。

背景技术

相位敏感光时域反射仪（Ф-OTDR）作为分布式光纤振动传感技术的典型代表，因其传感距离长、分布式连续测量、检测灵敏度高等优点，已广泛应用于周界安防预警、油气管线第三方入侵监测等领域。

空间分辨率是Ф-OTDR***的关键参数，通常由探测激光脉冲的宽度所决定。传统的激光脉冲调制器件存在物理极限。以Ф-OTDR***中广泛使用的声光调制器为例，仅激光脉冲的上升沿就可达到10纳秒，使得激光脉冲宽度很难达到纳秒级别，进而造成***的空间分辨率很难达到亚米级别。因此，提高空间分辨率是Ф-OTDR***性能提升的重要需求。

但是，高空间分辨率需要利用脉宽较小的极窄激光脉冲来实现，而极窄激光脉冲通常会导致***信噪比降低，主要原因为：一是由于消光比不足，因而需要开展脉冲调制方式优化来进行消光比提升；二是由于干涉衰落噪声影响，因而需要开展频率分集方式优化来进行干涉衰落抑制。因此，需要一种高调制脉冲消光比与高干涉衰落抑制效率的极窄激光脉冲生成方案，从而在优化***信噪比的前提下实现高空间分辨率的分布式光纤振动传感。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，以突破传统激光脉冲调制技术中消光比和干涉衰落噪声带来的限制。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，包括：窄线宽激光器；

所述窄线宽激光器发出的激光被分为第一探测光、第二探测光和参考光三束光，第一探测光依次经第一两级放大调制结构进行脉冲调制和放大，再经第一脉冲光放大器进行再次放大后，入射至第一主动移频环形腔，所述第一主动移频环形腔用于产生第一多阶谐波脉冲串；

第二探测光依次经第二两级放大调制结构进行脉冲调制和放大，再经第三脉冲光放大器进行再次放大后，入射至第二主动移频环形腔，所述第二主动移频环形腔用于产生与第一多阶谐波脉冲串对齐且脉宽不等的第二多阶谐波脉冲串；

参考光直接入射至第五光纤耦合器，所述第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串经第四光纤耦合器合束后，经环形器入射至传感光纤；传感光纤中的传感光经环形器输出后，与参考光一起入射至第五光纤耦合器进行拍频，拍频信号从第五光纤耦合器的两个输出端口分别输出后，被平衡光电探测器探测。

所述第一两级放大调制结构包括第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一信号发生器和第一延迟模块，所述第一信号发生器的第一信号输出端与第一半导体光放大器的驱动端连接，第二信号输出端经第一延迟模块后与第二半导体光放大器的驱动端连接；所述第一延迟模块用于实现第一半导体光放大器、第二半导体光放大器的脉冲同步；

所述第二两级放大调制结构包括第三半导体光放大器、第四半导体光放大器、第二信号发生器和第二延迟模块；所述第二信号发生器的第一信号输出端与第三半导体光放大器的驱动端连接，第二信号输出端经第二延迟模块后与第四半导体光放大器的驱动端连接；所述第二延迟模块用于实现第三半导体光放大器、第四半导体光放大器的脉冲同步。

所述第一半导体光放大器用于进行脉冲调制产生脉宽为100ns，重复率为10kHz的激光；所述第二半导体光放大器用于产生与第一半导体光放大器相同的脉宽为100ns，重复率为10kHz的激光，并通过第一延迟模块实现了双脉冲同步，最终通过脉冲叠加生成具有高消光比的探测光脉冲信号；

所述第三半导体光放大器用于进行脉冲调制产生脉宽为99ns，重复率为10kHz的激光；所述第四半导体光放大器用于产生与第三半导体光放大器相同的脉宽为99ns，重复率为10kHz的激光，并通过第二延迟模块实现双脉冲同步，最终通过脉冲叠加生成了具有高消光比的探测光脉冲信号。

所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，还包括可编程脉冲序列发生器，所述可编程脉冲序列发生器用于分别控制第一信号发生器和第二信号发生器的触发时间，进而控制第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串的第一个脉冲上升沿的时间间隔。

所述第一主动移频环形腔包括第二光纤耦合器、第一声光调制器、第二脉冲光放大器、第一延迟光纤、第二光滤波器和第一光隔离器；第一脉冲光放大器的输出端与第二光纤耦合器的第一输入端连接，第二光纤耦合器的第一输出端依次连接第一声光调制器、第二脉冲光放大器、第一延迟光纤、第二光滤波器、第一光隔离器、和第二光纤耦合器的第二输入端，第二光纤耦合器的第二输出端作为第一主动移频环形腔的输出端与第四光纤耦合器的输入端连接；

所述第二主动移频环形腔包括第三光纤耦合器、第二声光调制器、第四脉冲光放大器、第二延迟光纤、第四光滤波器、第二光隔离器；第三脉冲光放大器输出端与第三光纤耦合器的第一输入端连接，第三光纤耦合器的第一输出端依次连接第三光纤耦合器、第二声光调制器、第四脉冲光放大器、第二延迟光纤、第四光滤波器、第二光隔离器和第三光纤耦合器的第二输入端，第三光纤耦合器的第二输出端作为第二主动移频环形腔的输出端与第四光纤耦合器的输入端连接。

第二光纤耦合器和第三光纤耦合器为2×2光纤耦合器。

所述第一声光调制器和第二声光调制器的调制频率为150MHz，所述第二光滤波器和第四光滤波器为500MHz的低通滤波器。

所述第一延迟光纤和第二延迟光纤分别用于使所述第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串的多频脉冲上升沿的时间间隔为5μs。

所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，还包括第一光纤耦合器，所述窄线宽激光器发出的激光经第一光纤耦合器后被分为三束。

所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，还包括：数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块以1GSa/s的采样率对平衡光电探测器进行数据采集；所述数据处理模块用于进行数据处理，将采集到的数据根据不同的脉冲宽度分为两组，在时域内进行差分运算，解调得到传感信息。

本发明提供了一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明采用了双半导体光放大器级联结构进行激光脉冲调制，借助半导体光放大器高消光比的特性，有效提升了调制脉冲的消光比，从而提升了后向瑞利散射光信号强度，实现了***信噪比优化，为实现超高空间分辨率奠定了基础。

二、本发明采用两个主动移频环形腔，借助声光调制器的移频特性，实现了多阶谐波脉冲串的生成，利用光滤波器实现了谐波阶数的选择，并利用脉冲光放大器实现了各阶谐波的功率补偿，生成了用于频率分集的多频探测光脉冲信号，从而有效减弱了后向瑞利散射光的干涉噪声，同样实现了***信噪比的优化，使得超高空间分辨率成为可能。

三、本发明提出了双路环形腔结构，通过调节环形腔中的延迟光纤长度实现双路多阶谐波脉冲串的对齐，进而通过对双路后向瑞利散射光信号进行差分运算，生成了极窄探测脉冲，最终实现了超高空间分辨率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪的结构示意图；

图中：1、窄线宽激光器，2、第一光纤耦合器，3、第一半导体光放大器，4、第一信号发生器，5、第一延迟模块，6、第二半导体光放大器，7、第一脉冲光放大器，8、第一光滤波器，9、第二光纤耦合器，10、第一声光调制器，11、第二脉冲光放大器，12、第一延迟光纤，13、第二光滤波器，14、第一光隔离器，15、第一主动移频环形腔，16、第三半导体光放大器，17、第二信号发生器，18、第二延迟模块，19、第四半导体光放大器，20、第三脉冲光放大器，21、第三光滤波器，22、第三光纤耦合器，23、第二声光调制器，24、第四脉冲光放大器，25、第二延迟光纤，26、第四光滤波器，27、第二光隔离器，28、第二主动移频环形腔，29、第四光纤耦合器，30、偏振控制器，31、环形器，32、传感光纤，33、第三光隔离器，34、第五光纤耦合器，35、平衡光电探测器，36、数据采集模块，37、数据处理模块， 38、可编程脉冲序列发生器。

图2为本发明实施例中得到的原始多频谐波脉冲串的示意图；图中：(a)和(b)分别为第一主动移频环形腔15和第二主动移频环形腔28所发出的多频谐波脉冲串。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，包括：窄线宽激光器1、第一光纤耦合器2、第一半导体光放大器3、第一信号发生器4、第一延迟模块5、第二半导体光放大器6、第一脉冲光放大器7、第一光滤波器8、第一主动移频环形腔15、第三半导体光放大器16、第二信号发生器17、第二延迟模块18、第四半导体光放大器19、第三脉冲光放大器20、第三光滤波器21、第二主动移频环形腔28、第四光纤耦合器29、偏振控制器30、环形器31、传感光纤32、第三光隔离器33、第五光纤耦合器34、平衡光电探测器35、数据采集模块36、数据处理模块37和可编程脉冲序列发生器38。所述第一主动移频环形腔15由第二光纤耦合器9、第一声光调制器10、第二脉冲光放大器11、第一延迟光纤12、第二光滤波器13、第一光隔离器14组成；所述第二主动移频环形腔28由第三光纤耦合器22、第二声光调制器23、第四脉冲光放大器24、第二延迟光纤25、第四光滤波器26和第二光隔离器27组成。

窄线宽激光器1发出窄线宽连续光进入第一光纤耦合器2的a输入端；第一光纤耦合器2将激光分为45%、45%和10%三部分分别从第一光纤耦合器2的b、c、d输出端输出，这三束光分别作为第一探测光、第二探测光和参考光。具体地，本实施例中，窄线宽激光器1指的是激光线宽小于1kHz的激光器。

具体地，第一光纤耦合器2的b输出端输出45%的第一探测光入射至第一半导体光放大器3的a输入端；所述第一信号发生器4的a输出端连接至第一半导体光放大器3的c输入端，对连续的第一探测光进行脉冲调制，将第一探测光调制放大为脉冲宽度为100ns的脉冲光，设置第一次发出触发脉冲的时间为t，以及设置触发信号的重复频率为10kHz，即两脉冲信号间隔时间为100μs；第一半导体光放大器3的b输出端连接至第二半导体光放大器6的a输入端；第一信号发生器4的b输出端经第一延迟模块5连接至第二半导体光放大器6的c输入端，对第一半导体光放大器3生成的脉冲光进行延迟放大调制，其中第一延迟模块5是由现场可编程门阵列(FPGA)控制的可编程脉冲序列实现的，由于第一、第二半导体光放大器之间的存在一个极小的光学延迟，通过第一延迟模块5控制可消除该延迟，使得级联的第一、第二半导体光放大器最后生成的脉冲信号时序同步，最终使得两脉冲信号上升沿对齐，可进行叠加处理；第一半导体光放大器3和第二半导体光放大器6构成了两级放大调制结构，通过对两脉冲信号叠加处理，生成了具有高消光比的探测光脉冲信号；第二半导体光放大器6的b输出端连接至第一脉冲光放大器7的输入端，第一脉冲光放大器7对高消光比的脉冲信号再次放大。第一脉冲光放大器7输出的脉冲信号经第一光滤波器8后进入第一主动移频环形腔15中，产生第一多阶谐波脉冲串后输出。第一光滤波器8为宽带滤波器，滤除了由第一脉冲光放大器7产生的自发辐射噪声。

具体地，如图1所示，第一主动移频环形腔15包括第二光纤耦合器9、第一声光调制器10、第二脉冲光放大器11、第一延迟光纤12、第二光滤波器13和第一光隔离器14；第一脉冲光放大器7的输出端与第二光纤耦合器9的第一输入端连接，第二光纤耦合器9的第一输出端依次连接第一声光调制器10、第二脉冲光放大器11、第一延迟光纤12、第二光滤波器13、第一光隔离器14、和第二光纤耦合器9的第二输入端，第二光纤耦合器9的第二输出端作为第一主动移频环形腔15的输出端与第四光纤耦合器29的输入端连接。

具体地，在第一主动移频环形腔15中，从第一光滤波器8输出的脉冲信号连接至第二光纤耦合器9的a输入端，第二光纤耦合器9的b输出端连接至第一声光调制器10的输入端；第一声光调制器10具有150MHz的移频功能，当激光第一次通过该声光调制器时，激光频率产生150MHz的频移，随着激光在第一主动移频环形腔15内循环，激光不断在环路中发生频移调制，当激光第k次通过该声光调制器时，产生脉冲激光的多阶谐波为k*150MHz(k=1...n)，可通过设置第二光滤波器13的参数控制最终输出的多阶谐波阶数。第一声光调制器10的输出端经第二脉冲光放大器11连接至第一延迟光纤12，第二脉冲光放大器11将移频后的脉冲信号再次放大，通过设置第一延迟光纤12长度，可以控制脉宽相同的多频脉冲上升沿间的时间间隔为5μs，远远大于100ns的脉冲宽度，确保了各个谐波脉冲间不发生混叠。第一延迟光纤12经第二光滤波器13连接至第一光隔离器14；第二光滤波器13为500MHz的低通滤波器，滤除了多余的高阶谐波，控制了脉冲激光信号在第一主动移频环形腔15内的循环次数为三次，即k=3，因此，最终输出多频激光的频移量为150MHz、300MHz、450MHz，且实现了各个脉宽相同的多频脉冲间的时间间隔为5μs，该多阶谐波脉冲串的整体长度小于两脉冲信号间隔时间100μs，故避免了两相邻多阶谐波脉冲串发生混叠。第二光滤波器13还滤除了第二脉冲光放大器13产生的自发辐射噪声；第一光隔离器14控制激光从第二光滤波器13输出至第二光纤耦合器9的c输入端，防止产生回光损害前端器件；第二光纤耦合器9的d输出端输出最终生成的多阶谐波脉冲串，除此之外d输出端还输出了未经移频的部分原始脉冲光，但由于其在后续数据处理过程中可与噪声信号一起被数字滤波器滤除，故可忽略；由第二光纤耦合器9、第一声光调制器10、第二脉冲光放大器11、第一延迟光纤12、第二光滤波器13、第一光隔离器14组成了第一主动移频环形腔15，实现了基频的拓展，生成了脉冲激光的多阶谐波，从而产生了多频信号，具体生成的多频谐波脉冲串如图2中(a)所示，其中根据设定的重复频率（10kHz），其周期为100μs。

具体地，如图1所示，第一光纤耦合器2的c输出端输出45%的第二探测光入射至第三半导体光放大器16的a输入端；第二信号发生器17的a输出端连接至第三半导体光放大器16的c输入端，对连续的第二探测光进行脉冲调制，第三半导体光放大器16将第二探测光调制放大为脉冲宽度为99ns的脉冲光，与第一半导体光放大器3生成的脉冲宽度为100ns的脉冲光形成了进行脉冲差分的两个原始脉冲信号，通过可编程脉冲序列发生器38，可以设置第一次发出触发脉冲的时间为t+50μs，以及设置触发信号的重复频率为10kHz，即两脉冲信号间隔时间为100μs，则两路脉宽不同的脉冲信号的触发时间间隔为50μs，第三半导体光放大器16的b输出端连接至第四半导体光放大器19的a输入端；第二信号发生器17的b输出端经第二延迟模块18连接至第四半导体光放大器19的c输入端，对第三半导体光放大器16生成的脉冲光进行延迟放大调制，其中第二延迟模块18是由FPGA控制的可编程脉冲序列实现的，由于第三、第四半导体光放大器之间存在一个极小的光学延迟，通过第二延迟模块18控制可消除该延迟，使得级联的第三、第四半导体光放大器最后生成的脉冲信号时序同步，最终使得两脉冲信号上升沿对齐，可进行叠加处理；第三半导体光放大器16和第四半导体光放大器19构成了两级放大调制结构，通过对两脉冲信号叠加处理，生成了具有高消光比的探测光脉冲信号；第四半导体光放大器19的b输出端连接至第三脉冲光放大器20的输入端，第三脉冲光放大器20对具有高消光比的脉冲信号再次放大。第三脉冲光放大器20经第三光滤波器21进入第一主动移频环形腔15中，产生第二多阶谐波脉冲串后。第三光滤波器21为宽带滤波器，滤除了由第三脉冲光放大器20产生的自发辐射噪声。

具体地，如图1所示，所述第二主动移频环形腔28包括第三光纤耦合器22、第二声光调制器23、第四脉冲光放大器24、第二延迟光纤25、第四光滤波器26、第二光隔离器27；第三脉冲光放大器20输出端与第三光纤耦合器22的第一输入端连接，第三光纤耦合器22的第一输出端依次连接第三光纤耦合器22、第二声光调制器23、第四脉冲光放大器24、第二延迟光纤25、第四光滤波器26、第二光隔离器27和第三光纤耦合器22的第二输入端，第三光纤耦合器22的第二输出端作为第二主动移频环形腔28的输出端与第四光纤耦合器29的输入端连接。

具体地，在第二主动移频环形腔28中，从第四光滤波器26输出的脉冲信号连接至第三光纤耦合器22的a输入端；第三光纤耦合器22的b输出端连接至第二声光调制器23的输入端；第二声光调制器23具有同第一声光调制器10相同的150MHz的移频功能，随着激光在第二主动移频环形腔28内循环，激光不断在环路中发生频移调制，当激光第k次通过该声光调制器时，产生脉冲激光的多阶谐波为k*150MHz(k=1...n)，可通过设置第四光滤波器26的参数控制最终输出的多阶谐波阶数。第二声光调制器23的输出端经第四脉冲光放大器24连接至第二延迟光纤25；第四脉冲光放大器24将移频后的脉冲信号再次放大；第二延迟光纤25经第四光滤波器26连接至第二光隔离器27，通过设置第二延迟光纤25长度，可以实现脉宽相同的多频脉冲上升沿间的时间间隔为5μs，远远大于99ns的脉冲宽度，确保了各个谐波脉冲间不发生混叠。以及通过设置第二延迟光纤25与第一主动移频环形腔15中的第一延迟光纤12等长，可以实现第一探测光束和第二探测光束对应的双路多阶谐波脉冲串的对齐。第四光滤波器26与第二光滤波器13相同，均为500MHz的低通滤波器，滤除了多余的高阶谐波，控制了脉冲激光信号在第二主动移频环形腔28内的循环次数为三次，即k=3，最终控制了输出多频激光的频移为150MHz、300MHz、450MHz，且实现了各个脉宽相同的多频脉冲间的时间间隔为5μs。第二多阶谐波脉冲串的整体长度小于两脉冲信号间隔时间100μs，故避免了两相邻多阶谐波脉冲串发生混叠，第二光滤波器13还滤除了第四脉冲光放大器24产生的自发辐射噪声；第二光隔离器27输出端连接至第三光纤耦合器22的c输入端，第二光隔离器27控制激光从第四光滤波器26输出至第三光纤耦合器22的c输入端，防止产生回光损害前端器件；第三光纤耦合器22的d输出端连接至第四光纤耦合器29的b输入端，第三光纤耦合器22的d输出端输出最终生成的多频探测信号，具体生成的多频谐波脉冲串如图2中(b)所示，其中根据设定的重复频率（10kHz），一个周期是100μs。

除此之外，第四光纤耦合器29的d输出端还输出了未经移频的部分原始脉冲光，但由于其在后续数据处理过程中可与噪声信号一起被数字滤波器滤除，故可忽略。

通过第一主动移频环形腔15和第二主动移频环形腔28，最终生成了脉冲宽度分别为100ns和99ns的第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串，可编程脉冲序列发生器38的a输出端连接至第一信号发生器4的c输入端，其b输出端连接至第二信号发生器17的c输入端，进行脉冲序列的定时控制，使得第一信号发生器4控制第一半导体放大器3的第一次发出脉冲的时间t与第二信号发生器17控制第三半导体放大器16的第一次发出脉冲的时间为t+50μs，固定时间间隔为50μs，具体的脉冲波形如图2所示。由于生成的多阶谐波脉冲串宽度均小于50μs，故可实现两组不同脉宽的多阶谐波脉冲串以相差50μs的周期注入传感光纤中，也可避免两组不同脉宽的多阶谐波脉冲串发生混叠。进一步地，本实施例中，可以通过对两组不同脉宽的多阶谐波脉冲串进行差分运算，即可得到极窄探测脉冲，从而实现超高空间分辨率。

具体地，如图1所示，第四光纤耦合器29的c输出端经偏振控制器30连接至环形器31的a输入端；偏振控制器30控制输入传感光纤信号光的偏振态，抑制了偏振衰落；环形器31的b输出端经传感光纤32连接至第三光隔离器33，第三光隔离器33起到了尾纤处理的作用，防止激光在光纤尾端产生菲涅尔效应，影响探测效果；环形器31的c输出端输出探测光至第五光纤耦合器34的a输入端，与第一光纤耦合器2的d输出端输出的10%的参考光在第五光纤耦合器34中实现拍频；第五光纤耦合器34的c、d输出端分别连接至平衡光电探测器35的a、b输入端，平衡光电探测器35对拍频信号进行光电转换；平衡光电探测器35的c输出端经数据采集模块36连接至数据处理模块37；根据奈奎斯特采样定律，数据采集模块36以1GSa/s的采样率进行数据采集；数据处理模块37进行数据处理，将采集到的数据根据不同的脉冲宽度分为两组，在时域内进行差分运算，实现了超窄的多阶谐波脉冲串，从而既通过对多频信号的处理抑制了相干噪声，优化了***信噪比，也实现了超高的空间分辨率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，包括：窄线宽激光器（1）；

所述窄线宽激光器（1）发出的激光被分为第一探测光、第二探测光和参考光三束光，第一探测光依次经第一两级放大调制结构进行脉冲调制和放大，再经第一脉冲光放大器（7）进行再次放大后，入射至第一主动移频环形腔（15），所述第一主动移频环形腔（15）用于产生第一多阶谐波脉冲串；

第二探测光依次经第二两级放大调制结构进行脉冲调制和放大，再经第三脉冲光放大器（20）进行再次放大后，入射至第二主动移频环形腔（28），所述第二主动移频环形腔（28）用于产生与第一多阶谐波脉冲串对齐且脉宽不等的第二多阶谐波脉冲串；

参考光直接入射至第五光纤耦合器（34），所述第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串经第四光纤耦合器（29）合束后，经环形器（31）入射至传感光纤（32）；传感光纤（32）中的传感光经环形器（31）输出后，与参考光一起入射至第五光纤耦合器（34）进行拍频，拍频信号从第五光纤耦合器（34）的两个输出端口分别输出后，被平衡光电探测器（35）探测；所述第一两级放大调制结构包括第一半导体光放大器（3）、第二半导体光放大器（6）、第一信号发生器（4）和第一延迟模块（5），所述第一信号发生器（4）的第一信号输出端与第一半导体光放大器（3）的驱动端连接，第二信号输出端经第一延迟模块（5）后与第二半导体光放大器（6）的驱动端连接；所述第一延迟模块（5）用于实现第一半导体光放大器（3）、第二半导体光放大器（6）的脉冲同步；

所述第二两级放大调制结构包括第三半导体光放大器（16）、第四半导体光放大器（19）、第二信号发生器（17）和第二延迟模块（18）；所述第二信号发生器（17）的第一信号输出端与第三半导体光放大器（16）的驱动端连接，第二信号输出端经第二延迟模块（18）后与第四半导体光放大器（19）的驱动端连接；所述第二延迟模块（18）用于实现第三半导体光放大器（16）、第四半导体光放大器（19）的脉冲同步；

所述第一主动移频环形腔（15）包括第二光纤耦合器（9）、第一声光调制器（10）、第二脉冲光放大器（11）、第一延迟光纤（12）、第二光滤波器（13）和第一光隔离器（14）；第一脉冲光放大器（7）的输出端与第二光纤耦合器（9）的第一输入端连接，第二光纤耦合器（9）的第一输出端依次连接第一声光调制器（10）、第二脉冲光放大器（11）、第一延迟光纤（12）、第二光滤波器（13）、第一光隔离器（14）、和第二光纤耦合器（9）的第二输入端，第二光纤耦合器（9）的第二输出端作为第一主动移频环形腔（15）的输出端与第四光纤耦合器（29）的输入端连接；

所述第二主动移频环形腔（28）包括第三光纤耦合器（22）、第二声光调制器（23）、第四脉冲光放大器（24）、第二延迟光纤（25）、第四光滤波器（26）、第二光隔离器（27）；第三脉冲光放大器（20）输出端与第三光纤耦合器（22）的第一输入端连接，第三光纤耦合器（22）的第一输出端依次连接第三光纤耦合器（22）、第二声光调制器（23）、第四脉冲光放大器（24）、第二延迟光纤（25）、第四光滤波器（26）、第二光隔离器（27）和第三光纤耦合器（22）的第二输入端，第三光纤耦合器（22）的第二输出端作为第二主动移频环形腔（28）的输出端与第四光纤耦合器（29）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，所述第一半导体光放大器（3）用于进行脉冲调制产生脉宽为100ns，重复率为10kHz的激光；所述第二半导体光放大器（6）用于产生与第一半导体光放大器（3）相同的脉宽为100ns，重复率为10kHz的激光，并通过第一延迟模块（5）实现了双脉冲同步，最终通过脉冲叠加生成具有高消光比的探测光脉冲信号；

所述第三半导体光放大器（16）用于进行脉冲调制产生脉宽为99ns，重复率为10kHz的激光；所述第四半导体光放大器（19）用于产生与第三半导体光放大器（16）相同的脉宽为99ns，重复率为10kHz的激光，并通过第二延迟模块（18）实现双脉冲同步，最终通过脉冲叠加生成了具有高消光比的探测光脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，还包括可编程脉冲序列发生器（38），所述可编程脉冲序列发生器（38）用于分别控制第一信号发生器（4）和第二信号发生器（17）的触发时间，进而控制第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串的第一个脉冲上升沿的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，第二光纤耦合器（9）和第三光纤耦合器（22）为2×2光纤耦合器。

5.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，所述第一声光调制器（10）和第二声光调制器（23）的调制频率为150MHz，所述第二光滤波器（13）和第四光滤波器（26）为500MHz的低通滤波器。

6.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，所述第一延迟光纤（12）和第二延迟光纤（25）分别用于使所述第一多阶谐波脉冲串和第二多阶谐波脉冲串的多频脉冲上升沿的时间间隔为5μs。

7.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，还包括第一光纤耦合器（2），所述窄线宽激光器（1）发出的激光经第一光纤耦合器（2）后被分为三束。

8.根据权利要求1所述的一种主动移频差分脉冲调制的相位敏感光时域反射仪，其特征在于，还包括：数据采集模块（36）和数据处理模块（37），数据采集模块（36）以1GSa/s的采样率对平衡光电探测器（35）进行数据采集；所述数据处理模块（37）用于进行数据处理，将采集到的数据根据不同的脉冲宽度分为两组，在时域内进行差分运算，解调得到传感信息。