[發(fā)明專利]用于纖維感測的定制分布式放大

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880075791.0
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN111373613B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設計）人: E·羅文;E·英巴
• 申請（專利權）人: 普瑞斯瑪光電有限公司
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 王丹丹;郭麗祥

一種在光纖感測系統(tǒng)中提供在線拉曼放大的方法，其包括以下過程：生成具有探測波長的探測光；將所述探測光發(fā)射到光纖中；以相應泵浦波長生成至少一種拉曼泵浦光，所述泵浦波長比所述探測波長短；以相應種子波長生成至少一種拉曼種子光，所述種子波長在所述泵浦波長和所述探測波長之間；將所述拉曼泵浦光發(fā)射到所述光纖中；將所述拉曼種子光發(fā)射到所述光纖中；以及沿著所述光纖傳播所述拉曼泵浦光、所述拉曼種子光和所述探測光，以實現(xiàn)由所述探測光沿著所述光纖傳播時產(chǎn)生的信號光的分布式拉曼放大。

交叉引用

本申請要求于2017年9月29日提交的以色列專利申請?zhí)?54803的優(yōu)先權。

技術領域

本公開的技術一般涉及長距離光纖感測系統(tǒng)，并且具體地，涉及用于改進光纖感測系統(tǒng)的距離而無需外部放大的方法和系統(tǒng)。

背景技術

許多產(chǎn)業(yè)領域現(xiàn)在使用光纖傳感器(本文中簡稱為FOS)以用于需要在長距離上進行感測的應用。這包括分布式聲感測系統(tǒng)、溫度感測系統(tǒng)、泄漏檢測系統(tǒng)、用于監(jiān)測橋梁、建筑物、鐵路等的結構穩(wěn)定性的系統(tǒng)。長距離光纖感測應用可以包括用于確定在運送汽油和水之類的液體和氣體的管道中的精確的泄漏位置的管道感測系統(tǒng)，以及用于檢測邊境上的侵入的邊境檢測系統(tǒng)。

光纖感測系統(tǒng)利用光纖電纜(也已知是且稱為光纖或感測纖維)在長距離上從沿著光纖電纜設置的傳感器運載信息。傳感器可以是點式傳感器、光纖布拉格光柵(本文中簡稱為FBG)等。所運載的信息本質上是光和與光有關的特性，其被提供給處理器以用于處理信息。例如，到達處理器的光的特性(諸如FBG反射振幅或諧振位移)的差異可以用于測量溫度或應力。在其他光纖感測系統(tǒng)中，不是感測來自離散傳感器的光，而是由從光纖的整個長度散射的光的散射強度、諧振或干涉圖案來運載信息。在這個意義上，光纖感測系統(tǒng)是分布式感測系統(tǒng)。在這種類型的感測系統(tǒng)中，整個光纖可以用作連續(xù)的傳感器陣列或分布式光纖傳感器(本文中簡稱為DFOS)。在DFOS系統(tǒng)中，諸如瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射之類的不同的已知物理散射現(xiàn)象可以用于產(chǎn)生信號光，該信號光可以被測量用于感測目的。例如，沿著感測纖維的瑞利背向散射圖案的擾動或相位變化圖可以被生成并用于檢測管子中的氣體泄漏、入侵者、隧道中火的存在等等。可選地，物理參數(shù)(諸如溫度、應力、壓力等)可以由沿著感測纖維的上述散射現(xiàn)象中的一者的變化來確定。沿著感測纖維的溫度圖可以通過測量前向散射或背向散射光的布里淵散射諧振的位移或通過測量沿著感測纖維的拉曼散射的相對振幅來生成。在DFOS系統(tǒng)中，所接收到的信號一定與感測纖維中的散射事件的位置相關聯(lián)，因此實現(xiàn)了沿著感測纖維確定位置。這可以通過使用探測脈沖并分析時域中的散射信號來實現(xiàn)。在背向散射信號的情況下，這種方法被稱為光時域反射法(本文中簡稱為OTDR)。在分析前向散射信號的情況下，該方法被稱為光時域分析(本文中簡稱為OTDA)。使信號與感測纖維中的位置相關聯(lián)的可選方式是通過掃描激光信號并分析頻域中的所測量的信號，如例如在稱為光頻域反射法(本文中簡稱為OFDR)的方法中實現(xiàn)的。

其中分析前向散射信號(諸如OTDA)的光纖感測系統(tǒng)必須允許在兩端都接入感測纖維，或者實現(xiàn)環(huán)幾何結構，或者具有在兩個纖維端部處的兩個不同的控制中心，每種情況都需要電力和在它們之間的通信。這種感測系統(tǒng)的示例是布里淵OTDA系統(tǒng)(本文中簡稱為BOTDA)。其中測量背向散射信號的光纖感測系統(tǒng)可以被設計成使得該系統(tǒng)需要接入感測纖維的僅一端，其中探測脈沖或光束都從第一控制中心發(fā)射和接收。這些種類的系統(tǒng)在光纖的第二端無法接入或難以接入的情形中是有用的。這樣的情形的示例包括管道、深鉆系統(tǒng)、邊境和道路，其中在光纖的第二端處鋪設必需的基礎設施(諸如電力和通信系統(tǒng))是不可能的、存在問題的或昂貴的。也要注意因為這樣的配置，在需要電力和通信系統(tǒng)的控制中心之間的距離可以是在不需要接入光纖的兩端的情況下的感測纖維長度的兩倍。