[發明專利]一種用于BOTDA的可調雙波長雙路輸出光纖激光器

在審

• 申請號: 202110184078.3
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112909717A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 馮亭;畢文文;韋達;姚曉天
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/106;H01S3/108
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

本發明提供了一種用于BOTDA的可調雙波長雙路輸出光纖激光器。其結構包括激光種子源、光放大器、環形器、應變可調布里淵增益單元、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、光強度調制器。激光種子源、光放大器、環形器、應變可調布里淵增益單元和第一光纖耦合器依次相接，同時，第二光纖耦合器又分別與環形器和第一光纖耦合器相接。環形器、應變可調布里淵增益單元、第一光纖耦合器和第二光纖耦合器合圍成環形諧振腔。第一光纖耦合器和第二光纖耦合器的其中之一直接輸出連續光，另一通過光強度調制器輸出脈沖光。本發明所提供的用于BOTDA的可調雙波長雙路輸出光纖激光器可以為BOTDA分布式光纖傳感系統提供簡單低成本高質量的激光源。

技術領域

本發明涉及光纖激光器、光纖傳感領域，具體地說是一種用于BOTDA的可調雙波長雙路輸出光纖激光器。

背景技術

光時域反射技術(OTDR)是一種對光纖沿線損耗、彎曲、裂紋、接頭及光纖長度等進行測量的成熟技術，其已經被廣泛應用于各種分布式光纖傳感技術中。隨著光纖傳感技術的不斷發展，基于布里淵(Brillion)散射的分布式光纖傳感得到了快速發展，主要包括布里淵光時域反射(BOTDR)和布里淵光時域分析(BOTDA)技術。BOTDA最早是由日本NTT公司的T.Horiguchi等人于1989年提出，隨后迅速發展成為一種分布式測量單模光纖溫度和應變的傳感技術。

BOTDA系統需要在傳感光纖兩端分別注入脈沖泵浦光與連續探測光，當連續探測光的頻率比泵浦脈沖光頻率低約一個布里淵頻移，即兩者的頻率差落在光纖中某區域的布里淵增益譜范圍內時，則在該區域產生受激布里淵散射(SBS)光——斯托克斯(Stokes)光，且泵浦脈沖光的一部分能量通過聲波場轉移給斯托克斯光。由于受激布里淵散射光頻移量的大小與溫度、應變存在線性關系，通過檢測斯托克斯光功率的變化并利用OTDR技術得到光纖沿線能量轉移的大小，可以實現分布式光纖溫度、應變的傳感。由于上述能量轉移的大小與兩個入射光波之間的頻率差有關，且當兩者的頻率差正好等于光纖的受激布里淵頻移時轉移能量最大，因此通過掃描兩個光源之間的頻率差并記錄下每個頻率差下光纖沿線能量轉移的大小，便可以得到光纖沿線的布里淵增益譜，即得到光纖沿線的布里淵頻移分布，從而實現對光纖溫度、應變的分布式傳感。BOTDA系統具有接收信號強度強、測量精度高、測量動態范圍大及實現方便等優點。以上BOTDA系統注入傳感光纖兩端的分別是脈沖泵浦光與連續探測光，這種傳感系統也稱為增益型BOTDA技術。這種技術泵浦脈沖光的能量是不斷轉移給作為斯托克斯光的連續光，于是泵浦脈沖光沿光纖前進時的能量不斷減小，不利于長距離的OTDR分布式檢測。后來，人們通過將增益型BOTDA技術中的探測光調制成脈沖光，而原脈沖泵浦光變成連續泵浦光，這樣脈沖探測光在光纖中受到連續泵浦光的作用而能量不斷增大，有助于實現更長距離的OTDR傳感。這種技術被稱為損耗型BOTDA。

無論是增益型還是損耗型BOTDA技術，均需要頻率相差約一個布里淵頻移的兩個激光信號。一種方法是直接利用兩臺輸出激光頻率相差約一個布里淵頻移的激光器獲得；另一種方法是用一臺激光器的輸出分兩路后，其中一路用相位電光調制器將激光移頻約一個布里淵頻移。再分別對兩個激光信號進行頻率掃描調制和脈沖強度調制后，用于BOTDA系統。以上的光源系統通常都很復雜，價格也很昂貴，通過相位電光調制器將激光移頻得到的激光信號中不但引入了射頻噪聲，而且雙邊帶調制還需要進行下邊帶濾除，整體穩定性也欠佳。如果一臺激光器擁有兩路激光輸出，分別輸出相差一個布里淵頻移的兩束激光且其中頻率較低的激光可以在一定頻率范圍內調節或掃描，這樣的激光器將是BOTDA的理想光源。

發明內容

本發明的目的就是提供一種用于BOTDA的可調雙波長雙路輸出光纖激光器，該激光器基于環形腔布里淵光纖激光器和應變可調布里淵增益單元而制成，可實現簡單、低成本的可調雙波長雙路激光輸出，其中受激布里淵激光頻率在一定范圍內可掃描調諧，輸出的兩路激光中一路被調制為脈沖光，另一路為連續光。