[發明專利]一種實現長距離分布式光纖傳感的中繼放大裝置及其方法

有效

• 申請號: 201611245739.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106788752B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 宋牟平;夏俏蘭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B10/297
• 分類號: H04B10/297;H04B10/291
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種實現長距離分布式光纖傳感的中繼放大裝置，用來提高分布式光纖傳感系統的傳感距離和性能，該中繼放大裝置包括光功率放大器、前置光放大器、分布式光放大器、濾波器以及光環形器；所述的中繼放大裝置對分布式光纖傳感器中的強激勵光和弱傳感光信號分別進行放大；其中強激勵光由光功率放大器和分布式光放大器進行放大，以在傳感中途重新獲得較大的信號功率，并有效防止入射功率過大而引起的非線性效應；弱傳感光信號由前置光放大器和可選的分布式光放大器進行放大，通過濾波抑制噪聲功率，保證良好的信噪比；該模塊結構簡單，工作波長較寬，可適用于多種分布式光纖傳感系統，有助于提高分布式光纖傳感器的傳感距離和整體性能。

技術領域

本發明涉及分布式光纖傳感領域，尤其涉及一種實現長距離分布式光纖傳感的中繼放大裝置及其方法。

背景技術

分布式傳感被視為光纖傳感器最大的優勢之一，因為它不僅能實現沿傳感光纖分布的物理量測量，而且能夠給出物理量變化的位置，從而獲得被測量的空間分布狀態和隨時間變化的信息。利用該特性研制的分布式光纖傳感器擁有很高的軍事和民用價值，可廣泛應用于安防系統、油氣管道監測、通信線路安全監測和智能樓宇健康監測等領域。

分布式光纖傳感器一般采用傳感光纖中強激勵光產生的微弱散射光信號光(自發非線性散射、瑞利散射等)，或與弱探測光的相互作用(受激非線性散射、偏振改變等)，來得到傳感信息。然而隨著傳感距離的增加，受光纖損耗及非線性等因素的影響，強激勵光和相應的弱傳感光信號能量急劇下降，從而限制了整個系統的傳感距離和性能。增大激勵光的功率是提高傳感距離最直接的方法，目前主要放大技術有集中式放大方法和分布式放大方法。例如傳統的光時域反射計(optical time-domain reflectometer,OTDR)系統一般采用集中式光放大技術，即激勵光進入光纖前應用摻鉺光纖放大器(Er-Doped FiberAmplifier,EDFA)將脈沖激勵光功率進行放大。但是過高的激勵光功率容易出現受激散射等非線性效應，導致激勵光功率和傳感光(散射光或探測光)攜帶的信息急劇下降，使得傳輸距離不能得到有效增加。基于摻鉺光纖放大器EDFA和一階拉曼混合放大的方法，可以實現單段探測光纖長度達到175km的Φ-OTDR系統(見Wang Z N,Zeng J J,Li J,etal.Ultra-long phase-sensitive OTDR with hybrid distributed amplification[J].Optics letters,2014,39(20):5866-5869)。系統實現了單向信號的放大和單段傳感距離的延長，但全程光路信號的增益不平坦，其分布式放大的效果仍不理想。

申請公布號為104596632A的專利申請文件公開了一種可增強長距離探測的分布式光纖振動傳感器及方法。其特征在于提出一種遠端光纖中繼，實現分布式振動傳感器的長距離傳感。但是該中繼采用的是集中式光放大技術，沒有對弱傳感光信號進行補償，并且主要適用于分布式振動傳感器。

顯然在分布式光纖傳感系統中難以使用光-電-光再生中繼方式，而且激勵光和傳感光的功率差別非常大，難以使用光通信系統常用的雙向對稱光放大進行信號中繼，需要對強激勵光和弱傳感光分別進行合適的光放大中繼。

發明內容

為了解決長距離光纖傳感過程中強激勵光和弱傳感光能量急劇下降的問題，本發明提供了一種實現長距離分布式光纖傳感的中繼放大裝置，該中繼放大裝置結構簡單，能夠對激勵光和傳感光分別放大，增加分布式光纖傳感距離，能多次中繼，可廣泛應用于多種分布式光纖傳感系統。

一種實現長距離分布式光纖傳感的中繼放大裝置，由強激勵光放大模塊、弱傳感光放大模塊組成；經前段傳感光纖衰減的強激勵光信號輸入至強激勵光放大模塊，經強激勵光放大模塊放大后再輸出至后段傳感光纖；后段傳感光纖的衰弱傳感光信號輸入至所述的弱傳感光放大模塊，經弱傳感光放大模塊放大后再輸出至前段傳感光纖，完成強激勵光與弱傳感光信號的分別中繼放大。