專(zhuān)利名稱(chēng)：新型光纖布里淵光時(shí)域分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖布里淵光時(shí)域分析器，屬于分布式光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景在光纖布里淵光時(shí)域分析器領(lǐng)域，光纖布里淵光時(shí)域反射器釆用光纖自發(fā) 的布里淵散射，因此背向布里淵散射信號(hào)很弱，利用光纖布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度比來(lái)測(cè)量應(yīng)変和溫度的精度很低，測(cè)程短，空間分辨率較低。T.Horiguchi 等發(fā)明了布里淵光時(shí)域分析器，在光纖的另一端加一個(gè)相干泵浦激光器，實(shí)現(xiàn) 布里淵放大，采用相干放大的受激布里淵散射，增強(qiáng)了信號(hào)，改善了系統(tǒng)的信 噪比。但是，光纖布里淵光時(shí)域分析器要求嚴(yán)格地鎖定窄帶探測(cè)激光器和窄帶 泵浦激光器的頻率，在技術(shù)上很困難。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種易于操作，增益高，系統(tǒng)信噪比強(qiáng)，測(cè)量精度高的 新型光纖布里淵光時(shí)域分析器。為達(dá)到上述目的，新型光纖布里淵光時(shí)域分析器是利用光纖寬帶非線性光放大效應(yīng)和相干放大的布里淵散射光的應(yīng)變、溫度效應(yīng)和光時(shí)域分析原理制成的光纖布里淵光時(shí)域分析器，包括窄帶單頻光纖激光器，光纖分路器，脈沖調(diào)制器，兩個(gè)光纖環(huán)行器，外差接收器，數(shù)字信號(hào)處理器，光纖光柵濾波器，單模光纖和連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼泵浦激光器，光纖分路器的輸入端與窄帶單頻光纖激光器相連，光纖分路器的一個(gè)輸出端與脈沖調(diào)制器的輸入端相連，脈沖調(diào)制器的輸出端與第一光纖環(huán)行器的輸入端相連，脈沖調(diào)制器輸出的脈沖激光通過(guò)第一光纖環(huán)行器的公共端進(jìn)入光纖光柵濾波器，光纖光柵濾波器的輸出端與單模光纖的首端相連，單模光纖的末端與光纖拉曼泵浦激光器相連，第一光纖環(huán)行器的輸出端與第二光纖環(huán)行器的公共端相連，第二光纖環(huán)行器的輸入端與光纖分路器的另一個(gè)輸出端相連，由第二光纖環(huán)行器將光纖分路器輸出的本地 光與單模光纖產(chǎn)生的相干放大并經(jīng)過(guò)濾波的布里淵散射光進(jìn)行混頻，混頻后的輸出進(jìn)入外差接收器，外差接收器的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器相連，經(jīng)外差接 收器和數(shù)字信號(hào)處理器解調(diào)后得到在光纖中各段的應(yīng)變和溫度量。本發(fā)明中，所說(shuō)的窄帶單頻光纖激光器是中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜帶寬為 200kHz的連續(xù)運(yùn)行光纖激光器。本發(fā)明中，所說(shuō)的外差接收器是頻率響應(yīng)為12Ghz以上的光電探測(cè)器。本發(fā)明中，所說(shuō)的光纖光柵濾波器的中心波長(zhǎng)為1455nm，光譜帶寬為lnm， 隔離度為25dB。本發(fā)明中，所說(shuō)的單模光纖為60km單模通訊G652光纖或60km LEAF光纖。 本發(fā)明中，所說(shuō)的連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼泵浦激光器是功率在 100mw-1200mw范圍可調(diào)的主波長(zhǎng)為1455nm連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼激光器。工作時(shí)，窄帶單頻光纖激光器輸出的連續(xù)激光經(jīng)光纖分路器分成兩朿，其 中一朿激光經(jīng)脈沖調(diào)制器調(diào)制成脈沖光，通過(guò)光纖光柵濾波器，進(jìn)入單模光纖， 與單模光纖發(fā)生非線性相互作用，產(chǎn)生背向布里淵散射光，布里淵散射光的頻 率與強(qiáng)度度受單模光纖各段的溫度和應(yīng)變調(diào)制。由單模光纖末端光纖拉曼泵浦 激光器產(chǎn)生的強(qiáng)激光泵浦，在單模光纖里產(chǎn)生非線性放大(具有拉曼放大和布里淵放大的雙重放大)，由此，被放大的受激布里淵散射光Vo士 VB經(jīng)光纖光柵 濾波器，濾除1455nm光纖拉曼泵浦激光器在單模光纖里激光泵浦后殘存的光， 通過(guò)第一光纖環(huán)行器，進(jìn)入第二光纖環(huán)行器與來(lái)自光纖分路器的另一束本地光 v e混頻，混頻后的輸出經(jīng)外差接收器和數(shù)字信號(hào)處理器解調(diào)后得到在光纖中各 段的應(yīng)變和溫度量，應(yīng)變和溫度變化速度和方向。利用光時(shí)域反射對(duì)單模光纖 上各段的位置進(jìn)行定位(光纖雷達(dá)定位)。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器解調(diào)，經(jīng)過(guò)應(yīng)變 和溫度定標(biāo)，得到單模光纖各段的應(yīng)力和溫度變化量，測(cè)應(yīng)變精度為10 U e， 測(cè)溫精度土1。C，由顯示器顯示或通過(guò)通訊接口、通訊協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸。 布里淵時(shí)域分析器的工作原理在光纖中，入射光纖的探測(cè)激光與光纖中聲波的非線性相互作用，光波通 過(guò)電致伸縮產(chǎn)生聲波，引起光纖折射率的周期性調(diào)制(折射率光柵)，產(chǎn)生頻率 下移的布里淵散射光，在光纖中產(chǎn)生的背向布里淵散射的頻移VB為<formula>formula see original document page 4</formula> (1)其中n為入射光波長(zhǎng)入處的折射率，v為光纖中聲速，對(duì)石英光纖，在入 =1550nm附近，v^約為llGHz。在光纖中的布里淵散射光頻移v B具有應(yīng)變和溫度效應(yīng)<formula>formula see original document page 4</formula> (2)布里淵散射光的頻移 & aT<formula>formula see original document page 4</formula> (3)其中頻移的應(yīng)變系數(shù)Cv ￡和溫度系數(shù)CvT為
<formula>formula see original document page 4</formula>
光纖中布里淵散射的強(qiáng)度也具有應(yīng)變和溫度效應(yīng)，光纖中布里淵散射的強(qiáng)度比(Landau-Plazcek比)也依賴(lài)于光纖的應(yīng)變和溫度<formula>formula see original document page 5</formula>/s (4) 其中強(qiáng)度比的應(yīng)變系數(shù)Cp,和溫度系數(shù)C"為<formula>formula see original document page 5</formula> 由(3)式和(4)式，只要測(cè)量出光纖上各段頻移和強(qiáng)度比可解調(diào)出此段光纖 的應(yīng)變S e和溫度差S T 。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出的新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，采用連續(xù)運(yùn)行的高功率光纖 拉曼激光器作為新型布里淵光時(shí)域分析器的泵浦光源，取代了相干泵浦窄帶激 光器，克服了光纖布里淵光時(shí)域分析器中要求嚴(yán)格地鎖定探測(cè)激光器和泵浦激 光器頻率的困難，連續(xù)運(yùn)行的高功率光纖拉曼激光器產(chǎn)生的強(qiáng)激光在單模光纖 中實(shí)現(xiàn)了寬帶光纖非線性散射光放大取代了窄帶布里淵放大，增加了背向相干 放大的受激布里淵散射光的增益，提高了系統(tǒng)的信噪比，增加了測(cè)量長(zhǎng)度，改 善了應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量的精度。


圖1為本發(fā)明的光纖布里淵光時(shí)域分析器的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的光纖布里淵光時(shí)域分析器包括窄帶單頻光纖激光器ll， 光纖分路器12，脈沖調(diào)制器13，兩個(gè)光纖環(huán)行器14、 15，外差接收器16，數(shù) 字信號(hào)處理器17，光纖光柵濾波器18，單模光纖19和連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼泵 浦激光器20，光纖分路器12的輸入端與窄帶單頻光纖激光器11相連，光纖分 路器12的一個(gè)輸出端與脈沖調(diào)制器13的輸入端相連，脈沖調(diào)制器13的輸出端 與第一光纖環(huán)行器14的輸入端相連，第一光纖環(huán)行器14的公共端與光纖光柵 濾波器18的輸入端相連，光纖光柵濾波器18的輸出端與單模光纖19的首端相 連，單模光纖19的末端與光纖拉曼泵浦激光器20相連，第一光纖環(huán)行器14的 輸出端與第二光纖環(huán)行器15的公共端相連，第二光纖環(huán)行器15的輸入端與光 纖分路器12的另一個(gè)輸出端相連，第二光纖環(huán)行器15的輸出端與外差接收器 16的輸入端相連，外差接收器16的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器17相連。數(shù)字信號(hào)處理器釆用通用的信號(hào)處理卡，插在計(jì)算機(jī)內(nèi)。數(shù)字信號(hào)處理器 可采用美國(guó)NI公司的雙通道100MHz帶寬，100MS/s釆集率的NI5911型信號(hào) 處理卡，或采用加拿大GaGe公司雙通道，500MS/s采集率的CS21GB-lGHz型 信號(hào)處理卡。
權(quán)利要求
1.新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，其特征是包括窄帶單頻光纖激光器(11)，光纖分路器(12)，脈沖調(diào)制器(13)，兩個(gè)光纖環(huán)行器(14)、(15)，外差接收器(16)，數(shù)字信號(hào)處理器(17)，光纖光柵濾波器(18)，單模光纖(19)和連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼泵浦激光器(20)，光纖分路器(12)的輸入端與窄帶單頻光纖激光器(11)相連，光纖分路器(12)的一個(gè)輸出端與脈沖調(diào)制器(13)的輸入端相連，脈沖調(diào)制器(13)的輸出端與第一光纖環(huán)行器(14)的輸入端相連，脈沖調(diào)制器(13)輸出的脈沖激光通過(guò)第一光纖環(huán)行器(14)的公共端進(jìn)入光纖光柵濾波器(18)，光纖光柵濾波器(18)的輸出端與單模光纖(19)的首端相連，單模光纖(19)的末端與光纖拉曼泵浦激光器(20)相連，第一光纖環(huán)行器(14)的輸出端與第二光纖環(huán)行器(15)的公共端相連，第二光纖環(huán)行器(15)的輸入端與光纖分路器(12)的另一個(gè)輸出端相連，由第二光纖環(huán)行器(15)將光纖分路器(12)輸出的本地光與單模光纖(19)產(chǎn)生的相干放大并經(jīng)過(guò)濾波的布里淵散射光進(jìn)行混頻，混頻后的輸出進(jìn)入外差接收器(16)，外差接收器(16)的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器(17)相連，經(jīng)外差接收器和數(shù)字信號(hào)處理器解調(diào)后得到在光纖中各段的應(yīng)變和溫度量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，其特征是窄帶單 頻光纖激光器(11)的中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜帶寬為200kHz的連續(xù)運(yùn)行光 纖激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，其特征是外差接 收器(16)是頻率響應(yīng)為12Ghz以上的光電探測(cè)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，其特征是光纖光 柵濾波器(18)的中心波長(zhǎng)為1455nm，光譜帶寬為lnm，隔離度為25dB。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，其特征是單模光 纖(19)為60km單模通訊G652光纖或60km LEAF光纖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光纖布里淵光時(shí)域分析器，其特征是所說(shuō)的 連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼泵浦激光器(20)是功率在100mw-1200mw范圍可調(diào)的主 波長(zhǎng)為1455nm連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的光纖布里淵光時(shí)域分析器是利用光纖寬帶非線性光放大效應(yīng)和相干放大的布里淵散射光的應(yīng)變、溫度效應(yīng)和光時(shí)域分析原理制成的光纖布里淵光時(shí)域分析器。包括窄帶單頻光纖激光器，光纖分路器，脈沖調(diào)制器，兩個(gè)光纖環(huán)行器，外差接收器，數(shù)字信號(hào)處理器，光纖光柵濾波器，單模光纖和連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼泵浦激光器。采用連續(xù)運(yùn)行的高功率光纖拉曼激光器作為布里淵光時(shí)域分析器的泵浦光源，克服了光纖布里淵光時(shí)域分析器要求嚴(yán)格地鎖定探測(cè)激光器和泵浦激光器頻率的困難，利用寬帶光纖非線性散射光放大取代窄帶布里淵放大，增加了背向相于放大的受激布里淵散射光的增益，提高了系統(tǒng)的信噪比，增加了測(cè)量長(zhǎng)度，改善了應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量的精度。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101324424SQ20081006371
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者張?jiān)谛? 張淑琴 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院