[發明專利]基于雙波長偏振正交光的布里淵光時域分析裝置及方法

在審

• 申請號: 201511028237.1
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN105628063A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 陳偉;孟洲;張學亮;宋章啟;熊水東;胡曉陽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 任合明

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別涉及一種基于雙波長偏振正交光的布里淵光時域分 析裝置及方法。

背景技術

分布式光纖傳感技術以其可連續感知光纖沿線上任一點的溫度、應變等參量變化、光纖 集信號傳感與傳輸于一體、便于長距離傳感和大規模組網等優點，已廣泛應用于國民經濟與 人們日常生活的方方面面，包括建筑物、橋梁、大壩、隧道、河堤、飛機、船舶、工廠設備 等的結構安全監測，輸油管道和高壓線路等危險場合的泄漏檢測，邊界入侵行為的實時監測 以及通信光纜的故障點檢測等。

布里淵光時域分析技術是一種發展得較為成熟的分布式光纖傳感技術，該技術憑借傳感 距離長、測量精度高以及空間分辨率高等優勢，在通信光纜、油氣管道及大型建筑物等的結 構監測中有著廣闊的應用前景。

為了進一步增加布里淵光時域分析系統的傳感距離，需要提高泵浦脈沖的入纖峰值功率 以保證在傳感光纖末端具有足夠高的光信噪比，但由于調制不穩定性等光纖非線性效應的存 在，所允許的泵浦脈沖最大注入功率受到制約，從而限制了傳感距離的提升。為解決布里淵 光時域分析系統傳感距離受限的問題，人們提出了包括脈沖編碼技術(公開號：CN 102564481A)、Raman遠程分布式放大技術(公開號：CN102506915A)、隨機激光法(公開號： CN103376124A)等多種方法，但這些技術需要對泵浦脈沖進行編碼或者在傳感光纖引入光纖 拉曼放大器，從而增加了系統的復雜性和成本。

傳統的布里淵光時域分析系統采用單波長結構，為進一步提高系統信噪比并增加傳感距 離，中國發明《多波長布里淵光時域分析儀》(公開號：CN103115632A)中提出通過增加探 測光及泵浦光的波長數量，在不引起受激布里淵散射的前提下增加進入光纖的總光功率，從 而有效提高信噪比，對一定的測量時間，提高了傳感距離。但該方法在應用上存在不足，即 多波長的泵浦光之間會產生嚴重的四波混頻現象，導致大量泵浦光的消耗，從而降低信噪比。 例如，若采用雙波長結構，泵浦光的部分能量轉移至由四波混頻產生的兩個邊帶上，引起噪 聲光功率的增加和探測光功率的下降，故實際信噪比非但不會按理想情況提高3dB還有可能 降低，從而導致系統性能的下降。論文《Brillouindistributedfibresensingusingphasemodulated probe》(使用相位調制探測光的布里淵分布式光纖傳感)中結合雙波長結構和外差探測實現 布里淵光時域分析系統，但系統需要使用價格較為昂貴的寬帶探測器，而且其解調過程也較 為耗時。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出一種基于雙波長偏振正交光的布里淵光時域分析 裝置及方法，旨在實現信噪比高、傳感距離長的布里淵光時域分析。本發明利用兩束不同波 長的偏振正交光作為泵浦光，完全抑制了兩束泵浦光之間的四波混頻現象，故傳感光纖末端 的光信噪比可在真正意義上提高3dB。換句話說，對于特定的光信噪比，采用雙波長偏振正 交光結構比采用單波長結構的布里淵光時域分析系統在傳感距離上將增加7.5km(傳感光纖 損耗為0.2dB/km，且泵浦光脈沖為往返傳輸)。此外，本發明提出的基于雙波長偏振正交光 的布里淵光時域分析裝置及方法在探測端采用直接探測的方式，與采用外差探測方式的布里 淵光時域分析裝置及方法相比，省去了較為昂貴的探測器件和耗時的解調過程，有利于布里 淵光時域分析系統向動態測量方向發展。

本發明采用的技術方案為：