[发明专利]一种分布式布里渊光时域分析系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体提出一种应用分布式布里渊放大技术及频率梳技术相结合提高布里渊光时域分析系统性能的方法。

背景技术

分布式光纤传感是上世纪70年代被提出的，它不仅具有无辐射干扰性、抗电磁干扰性好、稳定的化学性等优点，还可以反馈光纤路径上被测量场的空间分布和随时间变化的信息。基于它的独特优点，分布式光纤传感器在管道桥梁、矿区、地质、光/电缆等重大结构与设备的安全检测方面得到了广泛的应用。

基于分布式布里渊光时域分析系统可以具有较高的测量精度、测量范围、空间分辨率，因此这种技术在目前得到了广泛的关注。因光纤传感系统需要较长的传感距离，即需要脉冲光在光纤路径平坦分布并足够强，为达到此目的，可采用在脉冲光进入被测光纤前使用掺铒光纤放大器来进行放大脉冲光的方法，但此种方法存在着随脉冲光延光纤传播越远功率越低的问题，脉冲光仅在光纤前段较强，在后端会受光纤的损耗和连续探测光对其的衰减，强度急剧下降，严重影响后端的测量效果。

因此，分布式拉曼放大技术用于光时域分析系统中，使用拉曼放大对脉冲光进行分布式放大，这样可使脉冲光足够强且分布均匀，在末端得到较好的测量效果。但在此技术中会存在以下问题：

1、分布式拉曼放大需要非常高的入射光功率，功率可达到几瓦级别，因此会对整个系统的可靠性造成影响，如光纤连接头可能会被烧坏，探测器等器件可能会被烧坏。

2、入射光功率较高会导致非线性效应的产生及强度噪声的转移。

3、出射脉冲的失真问题尚未得到解决，脉冲的失真会导致空间分辨率的恶化以及引起暂态增益饱和。

发明内容

本发明所要解决的问题有两点：

一、在保证传感系统长距离、高空间分辨率、高精度的前提下，使用较低的入射光功率对脉冲进行分布式放大；

二、解决出射脉冲光的失真问题。

本发明对所提出的技术问题是这样解决的：

一种分布式布里渊光时域分析系统，使用分布式布里渊放大，将频率梳与布里渊泵浦光进行混频。

进一步的，分布式布里渊光时域分析系统包括激光器，耦合器，采集系统，光脉冲编码与解码系统；还包括，电光调制器，频率梳源，微波源，光纤放大器，声光调制器，布里渊放大系统。

进一步的，激光器1与第一耦合器2连接、第一耦合器2上端依次连接第二耦合器3、第一偏振控制器4、第一电光调制器5、环形器12、光纤放大器13、可调光衰减器14；第一电光调制器5上左端依次连接、电放大器9、混频器8、第一微波源7；第一电光调制器5上右端连接第一直流源10；频率梳源6与混频器8相连接。

进一步的，光纤放大器为掺铒光纤放大器。

分布式布里渊放大技术与频率梳技术相结合应用于分布式布里渊光时域分析系统，在提高整段传感光纤的脉冲光分布均匀性同时，大幅度降低入射光功率，并可以通过频率梳将出射脉冲形状还原为入射脉冲形状。

本发明的有益效果：本发明是将分布式布里渊放大技术与频率梳技术相结合应用于长距离分布式布里渊光时域分析系统。首先解决了分布式拉曼放大所导致的强度噪声转移及非线性效应，其次因为输入光功率很低，所以为系统可靠性提供了一层保障；再者使用了频率梳与入射脉冲光混频的方法来还原脉冲形状，避免了脉冲的失真，从而解决了因脉冲失真导致的空间分辨率恶化的问题，以及在一定程度上可以减弱暂态增益饱和。

附图说明

图1为基于频率梳分布式布里渊放大与光脉冲编码技术相结合的分布式布里渊光时域分析系统的结构图；

图2为距离为50km实验测得的布里渊探测波频移－时间(空间)－功率的关系曲线；

图3为对出射脉冲光与频率梳的关系图

图4为经洛伦兹拟合后提取的温度分布图

图5为分布式布里渊放大原理草图，υ_b为被测光纤固有布里渊频移，υ₁,υ₂和υ₀分别为连续探测光频率、泵浦光频率、脉冲光频率、Δ_υ为声光探测器的频移。