[發明專利]一種布里淵分布式光纖傳感器及減小增益譜線寬方法

有效

• 申請號: 201611061269.6
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106525096B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 林文橋;林子建;陳珠;陳萬順
• 申請（專利權）人: 林文橋
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01L1/24;G01K11/32
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

1.一種分布式光纖傳感器，其特征在于：所述傳感器主要包括用于產生泵浦光和探測光的光產生單元、第一調制放大單元、第二調制放大單元、第三調制放大單元、擾偏器、隔離器、傳感光纖、環形器、濾波器以及光電探測器；

光產生單元分別與第一調制放大單元、第三調制放大單元的輸入端連接；第一調制放大單元的輸出端與第二調制放大單元接收端連接，第二調制放大單元的輸出端經環形器與傳感光纖一端連接；光產生單元產生的泵浦光通過第一調制放大單元得到相位調制光信號，相位調制光信號通過第二調制放大單元被放大，放大的光脈沖信號通過環行器注入傳感光纖一端；第三調制放大單元的輸出端依次經過擾偏器、隔離器后連接在傳感光纖的另一端；光產生單元產生的探測光經過第三調制放大單元進行抑制載波的雙邊帶調制得到包含斯托克斯光和反斯托克斯光的信號，再通過擾偏器與隔離器注入傳感光纖另一端；環形器的輸出端與濾波器、光電探測器順次連接；光電探測器的輸出端與示波器連接；探測光與泵浦光在傳感光纖內發生受激布里淵作用后通過環形器進入濾波器，濾波器將光信號濾出斯托克斯或反斯托克斯光信號后傳輸到光電探測器，光電探測器將光信號轉化為電信號；所述光產生單元由激光器和光纖耦合器連接組成；激光器用于發射波長為1550nm、功率為16dBm的激光；光纖耦合器用于將激光器發射的激光分成泵浦光和探測光；所述光纖耦合器的分光比為50:50；所述第一調制放大單元為相位調制器；相位調制器對泵浦光信號進行相位調制，得到寬度為40ns的π相移光信號；所述第二調制放大單元由第一光電調制器和光纖放大器連接組成；第一光電調制器對第一調制放大單元輸出的π相移光信號進行脈沖調制得到脈沖調制信號；該脈沖調制信號包含兩個寬度為80ns的脈沖對信號，一個脈沖信號由40ns的π相移光信號與40ns的0相移光信號組成，另一個脈沖信號為80ns的0相移光信號；光脈沖對信號經過光纖放大器進行信號放大；所述第三調制放大單元為第二電光調制器，用于將探測光調制為抑制載波的雙邊帶信號；所述雙邊帶信號包含斯托克斯光和反斯托克斯光。

2.一種基于權利要求1的分布式光纖傳感器的減小受激布里淵效應增益譜線寬方法，其特征在于，所述方法的具體步驟如下：

步驟1，光產生單元發出泵浦光和探測光；

步驟2，泵浦光經過第一調制放大單元、第二調制放大單元、環形器到達傳感光纖一端，泵浦脈沖信號被相位調制成0和π兩部分，且0和π兩部分都足夠長以便保持激發的聲波場能夠恢復到穩態；

步驟3，探測光作為參考脈沖經過第三調制放大單元、擾偏器、隔離器后到達傳感光纖另一端，參考脈沖緊隨泵浦脈沖進入傳感光纖另一端；參考脈沖與泵浦脈沖在傳感光纖中相遇激發受激布里淵散射；

所述方法最后探測到的是一對泵浦脈沖對的增益差；泵浦脈沖對是由兩個長度相同但相位不同的單脈沖組成；其中一個泵浦脈沖被相位調制成0和π兩部分且兩部分都足夠長去保持激發的聲波場能夠恢復到穩態，而另外一個參考脈沖則緊隨其后直接進入傳感光纖；該泵浦脈沖對經過EDFA的放大后和反向傳輸的探測光在傳感光纖中相遇激發受激布里淵散射；

步驟4，泵浦脈沖和參考脈沖的公共部分僅用于形成穩態的聲子，在對探測光接受到的兩次布里淵響應做差后，泵浦脈沖和參考脈沖的公共部分對探測光功率的影響相互抵消；

步驟5，當探測光遇到泵浦脈沖的π相位部分時，此時布里淵散射光與探測光之間由相長干涉突變為相消干涉，探測光經歷負的布里淵增益，當把泵浦脈沖和參考脈沖經歷的響應做差后，得到的布里淵響應顯劇提升，進而導致系統信噪比顯劇提高；

步驟6，泵浦脈沖激發的π相位聲子會逐步趨向穩態，使得泵浦脈沖對對連續探測光的響應又慢慢正好相互抵消，通過濾波器濾出探測光的Stokes或Anti-Stokes邊帶，即可得知沿光纖長度分布的溫度或者應力信息。