[發明專利]基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統及其定位方法

在審

• 申請號: 202110957137.6
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113834508A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 方捻;孟祥林;王陸唐
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統，其特征在于：包括依次連接的激光器甲(1)、偏振控制器甲(2)、耦合器甲(3)、非平衡馬赫-曾德爾干涉儀(4)、耦合器乙(5)、偏振控制器乙(6)和激光器乙(7)；所述耦合器甲(3)和耦合器乙(5)的直通端輸出從兩個相反方向分別輸入非平衡馬赫-曾德爾干涉儀(4)，所述耦合器甲(3)和耦合器乙(5)的耦合端輸出分別進入探測器甲(8)和探測器乙(9)轉成電信號，通過一個數據采集與處理單元(10)，實現擾動的檢測與定位。

2.根據權利要求1所述基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統，其特征在于：所述非平衡馬赫-曾德爾干涉儀(4)由1×2耦合器丙(4-1)、1×2耦合器丁(4-2)及一段傳感光纖(4-3)和一段參考光纖(4-4)組成，所述1×2耦合器丙(4-1)和1×2耦合器丁(4-2)的耦合比均為50:50，所述傳感光纖(4-3)和參考光纖(4-4)的長度不相等，且長度差大于激光器甲(1)和激光器乙(7)的相干長度。

3.根據權利要求1所述基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統，其特征在于：所述激光器甲(1)和激光器乙(7)都是無內置隔離器的半導體激光器，其參數相同或者不同，若要獲得更好的輸出信號信噪比，則激光器甲乙需工作在單周期振蕩狀態。

4.根據權利要求1所述基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統，其特征在于：所述耦合器甲(3)和耦合器乙(5)省去，而把偏振控制器甲(2)和偏振控制器乙(6)直接與非平衡馬赫-曾德爾干涉儀(4)相連，用激光器甲(1)和激光器乙(7)內置光電探測器代替所述探測器甲(8)和探測器乙(9)；若參考光纖(4-4)長度為零，所述探測器甲(8)和探測器乙(9)用一個平衡探測器代替。

5.一種基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統的定位方法，利用權利要求1中所述基于互注入半導體激光器和非平衡馬赫-曾德爾干涉儀的分布式光纖傳感系統，包括以下步驟：

步驟1：根據任一輸出信號的幅度是否出現兩次變化，判定是否有擾動發生；

步驟2：確定探測器甲(8)和探測器乙(9)，或激光器甲(1)和激光器乙(7)的內置探測器的輸出信號兩次幅度變化的時間間隔Δτ₁和Δτ₂；

步驟3：當Δτ₁Δτ₂，擾動點離耦合器丙(4-1)或耦合器甲(3)的距離x＝(L_s+L_r)/2-cΔτ₁/(2n)；

當Δτ₁Δτ₂，x＝(L_s-L_r)/2+cΔτ₂/(2n)；

當Δτ₁＝Δτ₂，x＝L_s/2；

若L_r＝0，只能使用一半長度的傳感光纖進行檢測，用平衡探測器檢測，只有一個輸出信號，其兩次幅度變化的時間間隔記作Δτ；若取xL_s/2，則x＝L_s/2-cΔτ/(2n)；若取xL_s/2，則x＝L_s/2+cΔτ/(2n)；

其中，c為真空中的光速，n為纖芯的有效折射率，L_s表示傳感光纖長度，L_r表示參考光纖長度。