[發明專利]用于布里淵分布式光纖傳感器的高穩定可調諧光源系統

有效

• 申請號: 201210004119.7
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102544998A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 彭交波;陳迪俊;卞正蘭;蔡海文
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及高穩定可調諧光源系統，特別是一種用于布里淵分布式光纖傳感器光源頻率跟蹤的高穩定可調諧光源系統。

背景技術

分布式光纖傳感器是目前國內傳感領域研究的熱點，具有靈敏度高，抗電磁干擾能力強，電絕緣性能好，化學穩定性好，長距離分布式探測等優點，能夠用于各種大型建筑、工業領域溫度、應變的監測，具有廣泛的應用前景。基于布里淵分布式光纖傳感器具有重量輕，結構緊湊，可以在各種危險環境中應用，可以分布式傳感，可以免疫電磁干擾，并且抗化學腐蝕，在大多數情況下具有低生產成本的潛力并且可以連續的分布式監控沿著傳感光纖監控傳感光纖的溫度和應力等優勢，被用于石油管道，電力電纜等的壓力和溫度監測，在最近十年引起了人們的廣泛興趣。

布里淵散射信號的探測分為直接探測和相干探測。與直接探測相比，相干探測具有更高的靈敏度和動態范圍。但布里淵散射信號的頻率降低了11GHz，如果將相干探測中的探測光作為本地振蕩器，布里淵散射信號和本地振蕩器的拍頻信號的頻率約為11GHz，位于最常用的傳統外差接收器的帶寬之外。這種相干探測需要一個帶寬為11GHz的微波探測器，價格昂貴而且會帶來很高的噪聲。若將本地光頻移布里淵頻率量級(9-12GHz)，就可以使用低射頻帶寬的探測器來探測。與傳統方法相比，這種方法有更高的靈敏度，更低的噪聲，并節省了相當大的成本。為了解決這個問題，Jihong?Geng，Mike?Blake等人提出將探測光一部分通過電光調制后進入傳感光纖來產生布里淵散射信號，另一部分用來泵浦一個光纖布里淵環形激光器用來作為本地光，本地光的頻率相對于探測光頻移非常接近布里淵頻率，因此用本地光來跟布里淵散射信號進行相干探測，拍頻信號從微波范圍(11GHz)變為射頻范圍(＜500MHz)(參見在先技術[1]：“Distributed?fiber?temperature?and?strain?sensor?using?coherent?radio-frequency?detection?of?spontaneous?Brillouin?scattering”，Appl.Opt.46，5928～5932，2007)。由于本地光和探測光之間的頻率差不可調，Vladimir?Kupershmidt，Frank?Adams等人提出了用光學鎖相的方法使用OPLL將本地光頻移布里淵頻率量級(9-12GHz)，就可以使用低的射頻帶寬的探測器來探測(參見在先技術[2]：“Optical?Phase?lock?loop?with?tunable?frequency?offset?for?distributed?optical?sensing?Applications”，SPIE.7677，76770O-1～76770O-5，2010)。由于這種技術要用到兩個比較昂貴的窄線寬單頻激光器，Chris?D.Rouse，Anthony?W.Brown等人提出了采用兩個便宜的商用半導體DFB激光器進行光學鎖相的方法，但是這種方法的穩定性和精度不如前者(參見在先技術[3]：“Phase-locking?of?commercial?DFB?lasers?for?distributed?optical?fiber?sensing?applications”，SPIE.7753，77532L-1～77532L-4，2011)。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述在先技術的不足，提供一種用于布里淵分布式光纖傳感器的高穩定可調諧光源系統，該光源系統在相位鎖定時，本地激光器的相位和頻率會跟隨探測激光器的變化，且探測激光器是高性能窄線寬的光纖激光器，因此本地激光器光學性能會接近探測激光器，實現了線寬壓窄，在不損失精度和穩定性的情況下，大大降低了成本；且在不需改變硬件的環境下，通過可編程計數器實現了對跟蹤頻率的調節。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于布里淵分布式光纖傳感器的高穩定可調諧光源系統，特點在于其構成包括探測激光器、本地激光器、第三光纖耦合器、第四光纖耦合器、第五光纖耦合器、第二光電探測器、放大器、參考晶振第一可編程計數器、第二可編程計數器、相頻檢測器、電荷泵、低通濾波器和PID控制器，上述元部件的位置關系如下：