[發明專利]基于雙激光器鎖頻的自發布里淵散射光時域反射儀

無效

• 申請號: 201010604834.5
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102128639A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 李裔;張在宣;金尚忠
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01D3/028
• 分類號: G01D3/028
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及一種基于雙激光器鎖頻的自發布里淵散射光時域反射儀，主要應用于光纖傳感網技術領域。

背景技術

在當前分布式光纖傳感領域里，基于光纖布里淵散射原理的傳感器占有重要地位，而根據具體應用的技術門類又分為基于自發布里淵和基于受激布里淵散射的傳感器。本發明所涉及的基本技術原理就是源于光纖中的自發布里淵散射。入射光的部分光子被光纖中的熱聲學聲子散射，光子波長發生微小偏移成為布里淵散射光子，其波長偏移量與光纖的溫度和應力相關。這就是自發布里淵散射用于光纖傳感的基本原理。基于自發布里淵散射的光纖傳感器，其系統構成通常由光源、光脈沖調制、傳感光纖、相干檢測與數據處理部分構成。其中光源和光脈沖調制是系統的前端，用于把脈沖光送入傳感光纖激發布里淵散射光。相干檢測與數據處理是系統的處理后端，用于自發布里淵散射光的頻譜解調以及數據的儲存和分析。在相干檢測部分，大部分已報道的研究中，都是先將布里淵散射光與入射光相干拍頻然用高帶寬的光電探測器轉換為電訊號。因為此電訊號的頻率仍然在10GHz左右很難用現有的設備采集，所以還需要再與另一頻率相近的微波信號拍頻，這樣差頻信號才能降到幾百兆的量級，方便數據的采集分析。顯然在這種傳統方案中，微波信號源是比不可少的設備，但它體積龐大，價格也較貴。另外在布里淵散射光與入射光的頻率相差在10-11GHz左右，所以他們相干拍頻所用的光電探測器的帶寬也在要在同一量級，而高帶寬的光電探測器相對信噪比要低，價格也昂貴。基于以上考慮，有人提出了取代相干檢測系統中微波信號源的方案。

2009年日本NTT公司的D.?Iida?(D.?Iida?and?F.?Ito,?“Cost-effective?bandwidth-reduced?Brillouin?optical?time?domain?reflectometry?using?a?reference?Brillouin?scattering?beam”,?Appl.?Opt.48,?4302-4309，2009)?報道了一種不需要微波信號源的布里淵光時域傳感器，其核心思想是利用一根與傳感光纖不同的光纖產生的布里淵散射光作為本振光。兩種光纖的布里淵頻移不同但相差較小約幾百兆，這樣他們相干差頻的訊號便可以直接采集分析。但此系統存在本振光不穩定導致系統測量誤差和一致性差的問題。當這根用于產生本振光的光纖的溫度和環境發生變化時，光纖的布里淵頻移隨之改變，這意味著本振光的波長在變化，所以會影響拍頻信號的穩定，使測量的誤差增大。另外，通常光纖中布里淵散射光（約30兆）的線寬比一般DFB激光器的線寬（約1-5兆）寬好幾倍，而本振光的線寬直接影響到測量的精度，所以當布里淵散射光用作本振光時，會導致測量精度下降。

雖然此新型布里淵傳感器裝置簡化掉了微波信號源，但存在布里淵本振光與入射光的波長差不穩定與本振光線寬大的問題。相干解調得到的布里淵頻移是跟這個波長差直接相關的，所以波長差不穩定會影響光纖溫度與應力測量的準確度以及測量的一致性，而線寬寬又會使得測量精度的下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種體積小、價格便宜且本振光與入射光的波長差穩定的基于雙激光器鎖頻的自發布里淵散射光時域反射儀。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案包括作為入射光的激光器、作為本振光的激光器，所述作為入射光的激光器射出光經耦合器輸出到探測光路，探測光路中的射出光經脈沖發生器控制的電光調制器、光放大器、環形器后進入傳感光纖得到布里淵散射光，布里淵散射光經環形器與所述作為本振光的激光器射出光通過耦合器相干拍頻，最后通過光電探測器輸出電訊號，電訊號由帶有數據采集卡的計算機采集并處理。

所述的基于雙激光器鎖頻的自發布里淵散射光時域反射儀，其特征在于該光時域反射儀還包括一個動態控制兩臺激光器波長差的鎖頻裝置，所述的鎖頻裝置包括PIN探測器、微波計數器和反饋電路，所述作為入射光的激光器和作為本振光的激光器射出光經耦合器輸出到鎖頻光路中，鎖頻光路中的射出光合并在PIN探測器中拍頻，PIN探測器將光轉換為電訊號，并送入微波計數器，微波計數器測得光頻差，并傳遞給反饋電路，反饋電路通過比較光頻差與預先設定的差頻值調諧作為入射光的激光器和作為本振光的激光器的波長。

所述的基于雙激光器鎖頻的自發布里淵散射光時域反射儀，其特征在于所述作為入射光的激光器、作為本振光的激光器均為分布反饋式半導體激光器。

所述的基于雙激光器鎖頻的自發布里淵散射光時域反射儀，其特征在于該光時域反射儀還包括一個濾波器，所述布里淵散射光經過濾波器輸入光電探測器。