[發(fā)明專利]一種布里淵光時域分析傳感裝置及非本地效應(yīng)補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010052968.4
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111220189B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆連山;劉燦;何海軍;周銀;張信普;潘煒
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué);安捷光通科技成都有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 王沙沙;劉凱

1.一種布里淵光時域分析傳感裝置，其特征在于，包括用于產(chǎn)生連續(xù)探測光的上支路和用于產(chǎn)生脈沖光的下支路；可調(diào)諧激光器(1)輸出的連續(xù)光經(jīng)耦合器(2)后分為上支路和下支路；上支路中連續(xù)光依次經(jīng)過偏振控制器(3)、強度調(diào)制器(4)、第一摻鉺光纖放大器(5)、第一光環(huán)形器(6)后進(jìn)入傳感光纖(7)；下支路中連續(xù)光經(jīng)過聲光調(diào)制器(10)實現(xiàn)光脈沖調(diào)制，然后依次經(jīng)過第二摻鉺光纖放大器(11)、擾偏器(9)、第二光環(huán)形器(8)后進(jìn)入傳感光纖(7)；強度調(diào)制器(4)通過微波源驅(qū)動，聲光調(diào)制器(10)通過脈沖發(fā)生器驅(qū)動；在傳感光纖(7)中經(jīng)受激布里淵作用后探測光經(jīng)第二光環(huán)形器(8)的三號端口進(jìn)入第三光環(huán)形器(13)、然后進(jìn)入第一光電探測器(14)后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡(15)送入上位機(16)；在傳感光纖(7)中經(jīng)受激布里淵作用后脈沖光經(jīng)第一光環(huán)形器(6)三號端口進(jìn)入可調(diào)衰減器(18)、然后經(jīng)第二光電探測器(17)后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡(15)送入上位機(16)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種布里淵光時域分析傳感裝置，其特征在于，所述第三光環(huán)形器(13)連接光濾波器(12)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種布里淵光時域分析傳感裝置，其特征在于，所述光濾波器(12)濾波窗口與強度調(diào)制器(4)所產(chǎn)生雙邊帶中的上邊帶對應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種布里淵光時域分析傳感裝置，其特征在于，所述第一光電探測器(14)帶寬大于最低采樣率；第二光電探測器(17)帶寬大于脈沖上升或下降沿對應(yīng)頻率的兩倍。

5.采用如權(quán)利要求1～4任意一種布里淵光時域分析傳感裝置的非本地效應(yīng)補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：經(jīng)受激布里淵作用后探測光和脈沖光表示如式(1)和(3)，沒有布里淵作用的探測光和脈沖光表示如式(2)和(4)：

P_So(v,z)＝P_ise^-α(L-z)e^-αz (2)

P_p(v,z)＝P_iPe^-αz(1-d(v,z)) (3)

P_po(v,z)＝P_iPe^-αz (4)

式中：P_S(v,z)為有能量轉(zhuǎn)移探測光的功率，P_So(v,z)為沒有能量轉(zhuǎn)移的探測光的功率；P_p(v,z)為有能量轉(zhuǎn)移的脈沖光的功率，P_po(v,z)為沒有能量轉(zhuǎn)移的脈沖光的功率；v為探測光和脈沖光的頻率之差，z為探測光和脈沖光相互作用的位置，Δz為探測光和脈沖光相互作用位置的長度；L為傳感光纖(7)總長度，α為光纖損耗系數(shù)，P_is為探測光輸入傳感光纖(7)的功率，P_iP為脈沖光輸入傳感光纖(7)的功率，g_B(v,z)為布里淵的線性增益，A_eff為光傳感模式的非線性有效面積；d(v,z)為由于受激布里淵散射效應(yīng)從0到z位置能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的脈沖消耗；

步驟2：探測光在z₁位置獲得的功率如下：

步驟3：假設(shè)脈沖光在z₁位置給予探測光能量，則該能量會被脈沖光攜帶到z位置處，同時也會因為傳播z-z₁距離而損失能量；進(jìn)一步假設(shè)脈沖光沒有在0到z位置給予探測光能量，則這些能量即脈沖消耗的能量E_d(v,z)：

即：

E_d(v,z)＝(P_Po(v,z)-P_P(v,z))Δz＝d(v,z)P_iPΔze^-αz (7)

步驟4：根據(jù)式(6)和(7)即可得到下式：

即：

式中：P_S(v,z)、P_So(v,z)和z根據(jù)第一光電探測器(14)得到，k為第二光電探測器(17)測量得到的脈沖光在光纖尾端消耗系數(shù)；

步驟5：有能量轉(zhuǎn)移和沒有能量轉(zhuǎn)移時脈沖在光纖尾端處的功率如下：

P_P(v,z＝L)＝L_ssP_iPe^-αL(1-d(v,z＝L)) (10)

P_Po(v,z＝L)＝L_ssP_iPe^-αL (11)

式中：L_ss為固定損耗系數(shù)；P_P(v,z＝L)為有能量轉(zhuǎn)移時脈沖在光纖尾端處的功率，P_Po(v,z＝L)為沒有能量轉(zhuǎn)移時脈沖在光纖尾端處的功率；

步驟6：根據(jù)式(10)和(11)求解得到d(v,z＝L)：

步驟7：將式(12)代入式(9)求解得到d(v,z)：

步驟8：根據(jù)上式即可得到原始布里淵增益gain_o(v,z)和補償后布里淵增益gain_c(v,z)：