[发明专利]一种用于消除布里渊光纤传感器中偏振噪声的无源装置

说明书

技术领域

本发明是一种用于消除布里渊光纤传感器中偏振噪声的无源装置，属于分布式光纤传感领域。

背景技术

布里渊光纤传感技术利用光纤本身做为信号感应介质和传输介质，可对光纤沿线所有位置的应变和温度进行传感。目前，全分布式布里渊光纤传感技术主要有布里渊光时域分析(BOTDA)技术和布里渊光时域反射(BOTDR)技术两种。它们都存在偏振噪声的问题。对BOTDA，当脉冲光和连续光偏振态相一致时，检测到的布里渊增益信号最强；当它们相垂直时，检测不到布里渊增益信号。对于BOTDR中的连续参考光与由脉冲光产生的布里渊信号光，也存在类似的问题。由于光波在单模光纤中传播时，其偏振态会不断改变，因此会导致测得的信号产生波动起伏，严重影响测量结果的精度。

目前用来消除布里渊光纤传感器中偏振噪声的方法主要有利用扰偏器进行快速扰偏，利用这一方法的具有代表性的文献如Y.Li，X.Bao，F.Ravet，and E.Ponomarev，Distributed Brillouin sensor system based on offset locking of two distributed feedback lasers，Appl.Opt.47(2008)99-102。还有人提出了利用两个偏振控制器或偏振开关轮流输出偏振态相互垂直的光波来消除偏振态的影响，代表性文献如刘迪仁，宋牟平，章献民和陈抗生，布里渊散射谱相干检测的消偏振衰落技术，光学学报25(2005)1191-1194。以上这些方法都采用的是有源的方式，一方面由于有源器件的引入会降低系统的可靠性和增加能耗，另一方面由于这些器件需要不断变换状态，对其重复性和精度的要求很高。此外，也有人提出一种被动器件的方法，通过使用马赫曾德干涉仪的结构将两个偏振态相互垂直的脉冲光首尾相接起来消除偏振噪声的影响，如J.Yang，C.Yu，Z.Chen，J.Ng，and X.Yang，Suppression of polarization sensitivity in BOTDA fiber distributed sensing system，Proc.SPIE 7004(2008)700421-4，但这降低了系统的空间分辨率并且此结构需要根据脉冲光宽度的不同而进行相应的调整。还有一种方法也是基于马赫曾德干涉仪结构的方法，它通过利用两个耦合器和一段单模延时光纤来将偏振态相互垂直的两路光波组合起来，并用两个偏振控制器来调整光纤中光波的偏振态，以此来实现对偏振噪声的消除，如S.Diaz，S.Foaleng Mafang，M.Lopez-Amo，and L.Thevenaz，A High-Performance Optical Time-Domain Brillouin Distributed Fiber Sensor，IEEE Sensors Journal 8(2008)1268-1272。但此方法由于使用的是普通的耦合器及单模光纤，其中耦合器会使整个装置产生3dB以上的插入损耗，给检测信号造成很大的衰减。更为糟糕的是耦合器及单模光纤的偏振态极易受到外部环境的影响，使整个装置不能够稳定地工作。

发明内容

本发明的目的是提出能够不受外界环境影响，工作性能可靠，可有效消除布里渊光纤传感器中偏振噪声且插入损耗低的消除布里渊光纤传感器中偏振噪声的无源装置。

本发明的技术方案如下：一种用于消除布里渊光纤传感器中偏振噪声的无源装置，是根据光波的偏振特性及保偏光纤的光轴不易受外界环境影响等原理而制成的器件。包括一段引导保偏光纤，两个偏振分束/合束器和一段保偏延迟光纤。其中偏振分束/合束器(2)的输入端和两个输出端均为保偏光纤，第二偏振分束/合束器(4)的两个输入端均为保偏光纤。引导保偏光纤(1)与偏振分束/合束器(2)相连，偏振分束/合束器(2)的一个输出端与第二偏振分束/合束器(4)的一个输入臂直接相连。偏振分束/合束器(2)的另一个输出端与保偏光纤(3)相连。保偏光纤(3)再与第二偏振分束/合束器(4)的另一个输入端相连。

本发明所述的保偏光纤(3)的长度要大于入射光波的相干长度，引导保偏光纤(1)的慢轴与偏振分束/合束器(2)的慢轴间的夹角的大小由实际情况中第二偏振分束/合束器(4)两输入臂前光路对光波衰减的差值决定，一般约为40-50°，如45°，其大小应使从第二偏振分束/合束器(4)的两个输入臂进入到输出端的光波的功率相等。其余各保偏光纤间相连接时它们各自慢轴间的夹角均为0°或90°。