專利名稱：基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器(又稱雙峰濾波器)的光纖自發(fā) 布里淵散射信號(hào)測(cè)量方法，主要用于光纖自發(fā)布里淵散射信號(hào)的測(cè)量，屬于傳感 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
濾波器設(shè)計(jì)與制作是光纖自發(fā)布里淵散射信號(hào)測(cè)量的關(guān)鍵。由于布里淵信號(hào)的 特點(diǎn)(光纖中的散射頻譜如圖l所示)，市場上很難得到相匹配的濾波器，目前現(xiàn) 有的方案中主要采用千涉儀來實(shí)現(xiàn)，但是常用的光纖型M-Z干涉儀存在穩(wěn)定性差， 不易調(diào)節(jié)等問題，只能在一些實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用，而F-P干涉儀由于其插入損耗 大也不適合做長距離的測(cè)量。因此提高濾波器的性能，加強(qiáng)穩(wěn)定性成為基于布里 淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)實(shí)用化的首要問題。光纖光柵被廣泛用于制作各種 傳感和通信所需的全光濾波器，但是傳統(tǒng)光纖光柵濾波器無法滿足B0TDR的需求， 因?yàn)槿鹄c布里淵散射波長間隔近(IIG)，自發(fā)布里淵效應(yīng)會(huì)在瑞利峰兩側(cè)產(chǎn)生 兩個(gè)間隔約O. 17nm的Stokes和anti-Stokes峰，它們比瑞利低近30dB。要將間 隔0.17nm的兩個(gè)布里淵反射峰同時(shí)濾出，并且對(duì)中央的瑞利峰抑制30dB以上， 這對(duì)光柵濾波器設(shè)計(jì)與制作的波長精準(zhǔn)、消光比和帶寬控制都提出很高的要求。 近年來由南安普頓大學(xué)光學(xué)中心首先提出的超結(jié)構(gòu)光纖光柵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù) 雜全光濾波器，所謂超結(jié)構(gòu)是指通過精確控制光柵制作中的變跡和相移函數(shù)控制 濾波器的幅度譜和相位譜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)任意濾波器的一項(xiàng)新技術(shù)。
因此，必須依托現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)濾波器設(shè)計(jì)與制作技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，利用較低精 度的工藝制作出性能符合要求的濾波器。從而有效的提取布里淵信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的光纖自發(fā)布 里淵散射信號(hào)測(cè)量方法，在設(shè)計(jì)制作超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)量方案進(jìn) 行改進(jìn)，在時(shí)域上分析背向布里淵散射信號(hào)的功率和頻移，研究單端同時(shí)測(cè)量溫 度和應(yīng)力的BOTDR系統(tǒng)方案。系統(tǒng)構(gòu)成簡單，成本低，穩(wěn)定性高，具有較強(qiáng)的實(shí) 用價(jià)值。技術(shù)方案本發(fā)明的基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方法， 用窄線寬分布反饋光纖激光器和寬帶脈沖激光器組成的雙光源方式抑制相干瑞利 噪聲，根據(jù)光纖的長度產(chǎn)生相應(yīng)脈寬的脈沖光經(jīng)極化控制后饋入被測(cè)光纖，背向 反射信號(hào)通過環(huán)形器端口進(jìn)入濾波器組，分別調(diào)節(jié)可調(diào)超結(jié)構(gòu)光柵濾波器，以實(shí) 現(xiàn)最大程度的提取待測(cè)信號(hào)，濾波信號(hào)送入高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換模塊和信號(hào)處理 模塊，通過數(shù)據(jù)累加和小波消噪處理在計(jì)算機(jī)顯示光纖分布曲線。
光纖光柵濾波器選用易于設(shè)計(jì)制作、性能穩(wěn)定可靠的超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器。 通過設(shè)計(jì)和制作可以得到與自發(fā)布里淵信號(hào)譜線一致的雙峰結(jié)構(gòu)，更適合于 布里淵信號(hào)的提取。
所述的采用雙光源方式抑制相干瑞利噪聲，分別測(cè)得布里淵信號(hào)和瑞利信號(hào) 的強(qiáng)度，通過二者的強(qiáng)度之比消除由于接頭損耗等帶來的影響。
有益效果為了有效解決布里淵信號(hào)的提取，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了波長可調(diào)超結(jié) 構(gòu)光纖光柵濾波器，并提出了將"波長可調(diào)超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器技術(shù)"應(yīng)用于 布里淵信號(hào)的分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)布里淵信號(hào)的檢測(cè)。超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器作為瑞 利和布里淵信號(hào)分離的主要部件，具有抑制比高、滾降特性好、線寬窄、中心波 長可調(diào)、插損低、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。可以將峰值波長間隔為O. 17nm左右的布里淵 信號(hào)提取出來，而對(duì)瑞利信號(hào)則起到濾除的作用。基于該濾波器構(gòu)成的自發(fā)布里 淵測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，可以實(shí)現(xiàn)溫度與應(yīng)力的同時(shí)檢測(cè)。


圖1光纖散射頻譜，
圖2超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器譜線，
圖3自發(fā)布里淵散射測(cè)量系統(tǒng)框圖，其中的l、 2、 3、 4分別代表環(huán)行器的4 個(gè)端口，即第一端口l、第二端口2、第三端口3、第四端口4。
圖4超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器組，其中的l、 2、 3、 4分別代表環(huán)行器的4個(gè)端 口，即第一端口l、第二端口2、第三端口3、第四端口4。
具體實(shí)施例方式
首先采用可重構(gòu)-等效啁啾(REC)技術(shù)，并根據(jù)布里淵信號(hào)的特點(diǎn)，確定超 結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的指標(biāo)濾波器的中心波長2 = 1543，8"/ ,雙峰間距 d=0.176nm。制作出圖2所示的超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器，該曲線是利用寬譜光源測(cè) 得其反射譜線。
在成功制作雙峰濾波器的基礎(chǔ)上，基于雙光源、光柵濾波的B0TDR方案如圖3所示。由于窄線寬光源會(huì)導(dǎo)致相干瑞利噪聲，因此為了獲得瑞利散射基準(zhǔn)和 布里淵散射信號(hào)我們采用了雙光源方案。
用于產(chǎn)生布里淵散射的窄線寬激光器經(jīng)外調(diào)制器AOM消除啁啾后注入摻鉺光 纖放大器，放大后進(jìn)入環(huán)形器Y1的1端口，經(jīng)2端口輸出后被光柵G1全反射而從3端 口輸出。用于產(chǎn)生瑞利散射信號(hào)的寬帶ASE光源經(jīng)光柵G1的透射后從3端口輸出。 環(huán)型器3端口的輸出光經(jīng)極化控制后產(chǎn)生探測(cè)光脈沖注入被測(cè)光纖，其背向散射信 號(hào)從環(huán)形器的4端口輸出。由于此時(shí)的背向散射信號(hào)中既有溫度、應(yīng)力不敏感的瑞 利散射信號(hào)又有對(duì)溫度應(yīng)力變化敏感的布里淵散射信號(hào)，因此本方案中利用兩個(gè) 超結(jié)構(gòu)光線光柵組成的光柵濾波器組(如圖4所示)，通過調(diào)節(jié)濾波器中的兩個(gè)濾 波器，把自發(fā)布里淵信號(hào)提取出來。輸出的信號(hào)送入高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換模塊和 信號(hào)處理模塊。之后在計(jì)算機(jī)上對(duì)光纖分布曲線進(jìn)行顯示
在此方案下，如果精心設(shè)計(jì)光柵G1和G2、 G3的濾波特性，則可以光柵G1， G2、 G3保證自發(fā)布里淵散射的測(cè)試當(dāng)光源采用窄線寬測(cè)量布里淵信號(hào)時(shí)，光柵 Gl反射窄線寬信號(hào)，光柵G2濾除瑞利信號(hào)，后端光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理得到的是布 里淵信號(hào)的強(qiáng)度；當(dāng)光源采用寬譜光源測(cè)量瑞利信號(hào)時(shí)，光柵Gl透射了大部分ASE 光源的頻譜，光柵G2雖然濾除了窄線寬范圍部分瑞利散射信號(hào)，但其它光譜范圍 的大部分瑞利信號(hào)仍然可以經(jīng)光柵G2透射后送入同一后端模塊，從而使該方案更 接近實(shí)用。
采用上面的系統(tǒng)，對(duì)長約29km的光纖進(jìn)行了測(cè)試，在19km和23km處分別對(duì) 光纖采取加溫以及應(yīng)力的作用，作用長度分別為60m、 130m。在對(duì)兩段光纖分別施 加50'C和2000/^時(shí)可以通過后端數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)光纖的測(cè)量,從而測(cè)得光纖 所受溫度及應(yīng)力變化。
本申請(qǐng)所提出的基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射信號(hào)測(cè)量方法 不僅更有利于抑制瑞利信號(hào)、提取布里淵信號(hào)，而且也使系統(tǒng)穩(wěn)定性較M-Z干涉 儀濾波方法得到了有效提高，濾波器制作簡單，系統(tǒng)構(gòu)成簡單實(shí)用。
系統(tǒng)搭建分為兩個(gè)階段第一階段是設(shè)計(jì)與制作波長可調(diào)的超結(jié)構(gòu)光纖光柵 濾波器，第二階段是利用制作的濾波器測(cè)量自發(fā)布里淵信號(hào)。
與常用的光纖型M-Z干涉儀及F-P干涉儀方案比較，超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器 方案不但穩(wěn)定性高、制作簡單，而且插入損耗低，大大降低了成本和制作周期。
權(quán)利要求
1、一種基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方法，其特征在于用窄線寬分布反饋光纖激光器和寬帶激光器的方法抑制相干瑞利噪聲；第一步根據(jù)光纖的長度將產(chǎn)生的窄線寬脈沖光經(jīng)極化控制后饋入被測(cè)光纖，背向反射信號(hào)通過和環(huán)形器第四端口(4)進(jìn)入濾波器組，分別調(diào)節(jié)可調(diào)超結(jié)構(gòu)光柵濾波器，最大程度的濾除瑞利信號(hào)，提取自發(fā)布里淵散射信號(hào)，送入高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換模塊和信號(hào)處理模塊，通過數(shù)據(jù)累加和小波消噪處理檢測(cè)出自發(fā)布里淵信號(hào)的強(qiáng)度，第二步將寬帶激光器產(chǎn)生的脈沖光經(jīng)過和第一步同樣的后端模塊測(cè)得瑞利散射信號(hào)；最后對(duì)兩次測(cè)量數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上處理顯示光纖所受溫度和應(yīng)力的情況。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方 法，其特征在于光纖光柵濾波器選用易于設(shè)計(jì)制作、性能穩(wěn)定可靠的超結(jié)構(gòu)光纖 光柵濾波器。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方 法，其特征在于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器通過設(shè)計(jì)和制作可以與自發(fā)布里淵信號(hào)譜 線雙峰結(jié)構(gòu)相吻合，更適合于布里淵信號(hào)的提取。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方 法，其特征在于所述的采用雙光源方式抑制相干瑞利噪聲，分別測(cè)得布里淵信號(hào) 和瑞利信號(hào)的強(qiáng)度，通過二者的強(qiáng)度之比消除由于接頭損耗帶來的影響。
全文摘要
基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵濾波器的自發(fā)布里淵散射測(cè)量方法用窄線寬分布反饋光纖激光器和寬帶激光器的方法抑制相干瑞利噪聲，并得到布里淵信號(hào)與瑞利信號(hào)強(qiáng)度之比；第一步根據(jù)光纖的長度將產(chǎn)生的窄線寬脈沖光經(jīng)極化控制后饋入被測(cè)光纖，背向反射信號(hào)通過和環(huán)形器端口(4)進(jìn)入濾波器組，分別調(diào)節(jié)可調(diào)超結(jié)構(gòu)光柵濾波器，最大程度的濾除瑞利信號(hào)，提取自發(fā)布里淵散射信號(hào)，送入高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換模塊和信號(hào)處理模塊，通過數(shù)據(jù)累加和小波消噪處理檢測(cè)出自發(fā)布里淵信號(hào)的強(qiáng)度，第二步將寬帶激光器產(chǎn)生的脈沖光經(jīng)過和第一步同樣的后端模塊測(cè)得瑞利散射信號(hào)；最后對(duì)兩次測(cè)量數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上處理顯示光纖所受溫度和應(yīng)力的情況，解決了光纖自發(fā)布里淵信號(hào)的測(cè)量方法問題。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101666688SQ200910183518
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者張永智, 徐智勇, 濤 浦, 榮 王 申請(qǐng)人:中國人民解放軍理工大學(xué)