[發明專利]一種基于超長環形激光泵浦的布里淵光時域分析傳感系統

有效

• 申請號: 201310297734.6
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103364106A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 饒云江;賈新鴻;王子南
• 申請（專利權）人: 揚州森斯光電科技有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01B11/16
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，具體涉及一種基于超長環形激光泵浦的布里淵光時域分析傳感系統。

背景技術

布里淵光時域分析儀（BOTDA）可實現溫度、應變的長距離傳感，已經發展成實用化的光纖傳感技術，目前廣泛應用于輸油管道、高壓電纜以及橋梁建筑的溫度和應變的監測。

BOTDA的物理機制基于光纖的受激布里淵散射（SBS）。布里淵探測光和泵浦光從傳感光纖兩端輸入，其拍頻產生以聲速移動的光柵，在多普勒效應下，該光柵對布里淵泵浦產生頻移約10-12GHz的散射光，最終探測光由于布里淵增益而被放大。布里淵增益大小取決于信號光和泵浦光之間的頻率差和光纖的固有布里淵頻移，當信號光和泵浦光之間的頻率差與布里淵頻移一致時，SBS增益最強。布里淵頻移與溫度及應變之間呈線性關系，通過測得布里淵增益譜沿光纖的分布，即可獲知溫度及應變沿光纖的分布。

常規BOTDA一般采用摻鉺光纖放大器(EDFA)進行泵浦，其傳感距離典型值為20-30km。首先，傳感距離受光纖衰減限制，增加了末端的信噪比（SNR）及測量不確定度；此外，脈沖寬度變窄能夠提高空間分辨率，但將會減少SBS增益，同時脈沖過窄將導致頻譜展寬，進一步增加了測量不確定度。因此，傳感距離與空間分辨率相互制約。

拉曼放大是一種有效的延長傳感距離方法。一階拉曼放大技術一定程度上削弱了信號功率前后端分布不均。但是在更長距離（>75km）布里淵光傳感系統中，由于拉曼增益也沿光纖呈指數衰減，使該方法不能徹底消除功率分布不均現象，且傳感距離愈長，波動愈嚴重。其結果是在傳感信號分布上出現大范圍、低信噪比區域。J.?D.?Ania-Casta??ón等人報道了一種利用光纖光柵（FBG）和線形腔二階拉曼放大實現的長距離BOTDA?(參見S.?Martin-Lopez,?M.?Alcon-Camas,?F.?Rodriguez,?P.Corredera,?J.D.?Ania-Casta??on,?L.Thévenaz,?and?M.?Gonzalez-Herraez,?“Brillouin?optical?time-domain?analysis?assisted?by?second-order?Raman?amplification,”?Opt.?Express,?18,?No.?18,?18769-18778,?2010)?。該方案中，1455nm激射光由FBG提供的線形腔反饋產生。

但是，對于>100km的傳輸距離，信號光分布也出現明顯波動，重新出現大范圍低信噪比區域，嚴重影響傳感質量的全程一致性。此外，為保證光纖末端信噪比，需采用雙向泵浦，但同時會引起與布里淵探測光同向激射分量的泵浦-信號相對強度噪聲RIN轉移問題。

發明內容

本發明所要解決的問題是：如何提供一種基于超長環形激光泵浦的布里淵光時域分析傳感系統，其旨在有效改善傳感性能的全程一致性，同時克服泵浦-信號相對強度噪聲RIN轉移問題以及能廣泛應用于長距離溫度/應變傳感，大幅提高整個傳感光纖的測量精度及空間分辨率。?

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于超長環形激光泵浦的布里淵光時域分析傳感系統，包括激光器1、分束器2、偏振控制器3、微波源4、電光調制器5、第一摻鉺光纖放大器6、聲光移頻器7、第一衰減器8、隔離器9、第二摻鉺光纖放大器10、波形發生器11、聲光調制器12、擾偏器13、第二衰減器14和第一光環形器15，其特征在于，還包括波長為13xxnm的一階拉曼泵浦光16、波分復用器WDM對17、傳感光纖18；

所述激光器1產生光束，光束經分束器分為兩束，一束布里淵探測光，另一束為布里淵泵浦光；布里淵探測光傳至電光調制器產生頻移為10～11GHz的布里淵探測光，所述偏振控制器設置在光束器與電光調制器間克服電光調制器的偏振相關性，頻移為10～11GHz的布里淵探測光為經第一摻鉺光纖放大器放大，放大后的布里淵探測光經聲光移頻器7產生與聲光調制器一致的頻移以克服泵浦消耗效應，頻移后的布里淵探測光再經第一衰減器優化其輸入功率，優化后的布里淵探測光經隔離器隔離掉反射光；布里淵泵浦光經所述第二摻鉺光纖放大器10放大，放大后的布里淵泵浦光再經聲光調制器調制，所述聲光調制器由波形發生器11產生編碼脈沖串驅動，調制后的布里淵泵浦光傳至擾偏器13抑制增益的偏振相關性并輸出偏振度<5%的布里淵泵浦光；所述優化后的布里淵探測光和偏振度<5%的布里淵泵浦光經波分復用器WDM耦合進傳感光纖18；