[发明专利]一种具有相近强度多峰布里渊增益谱的阶跃折射率光纤

说明书

本发明公开了一种具有相近强度多峰布里渊增益谱的阶跃折射率光纤，该阶跃折射率光纤的折射率分布为：在纤芯中各处的折射率均等于n₁，在包层各处的折射率均等于n₂，且有n₁>n₂，其中，包层的材料为纯二氧化硅，纤芯由二氧化硅中掺杂一定浓度的二氧化锗混合而成，当入射光波长为1550nm时，纤芯的折射率n₁＝1.4646，包层的折射率n₂＝1.4447，纤芯半径为a＝1.2μm，该阶跃折射率光纤的布里渊增益谱中出现相对峰值功率分别为0、‑10.65和‑6.92dB的三个峰。本发明可有效用于基于布里渊散射拍频谱的分布式光纤传感系统中，实现温度和应变的高精度快速分布式测量。

技术领域

本发明涉及基于布里渊散射的分布式光纤传感技术领域，更具体的说是涉及一种低成本、易生产的具有相近强度多峰布里渊增益谱的阶跃折射率光纤。

背景技术

当泵浦光在光纤中传输时，由于非线性效应，会产生布里渊散射。光纤中的后向散射光的频率会产生相对于入射光的下移，这种光我们称为斯托克斯光，反之则为反斯托克斯光。而光纤本身所处的环境因素会影响斯托克斯光的频率和强度，因此通过对斯托克斯光的解调，可以获得分布式的温度和应变信息。该项技术可作为建筑、能源、交通和国防等诸多重要领域中的故障诊断和健康监测手段。不过该技术有一个较大缺陷，是在应用时为了获得布里渊增益谱需要对散射光进行扫频，这将消耗较长的时间，限制了传感系统的监测速度，很难应用于需要快速预警或快速故障诊断的场合。

2013年，Y.Lu等人提出了一种基于布里渊拍频谱探测的零差布里渊光时域反射(Brillouin optical time-domain reflectometry,BOTDR)分布式光纤传感技术，仅通过测量频谱的功率即成功实现了对光纤上温度和应变的快速分布式测量。这种检测方法需要布里渊增益谱中具有至少三个峰，并且强度相近，这样互拍而形成的布里渊拍频谱才可能有较强的信号，信噪比更强，得到的测量结果才更准确可靠。

2017年，在路元刚等申请的发明专利，一种具有相近强度多峰布里渊散射谱的光子晶体光纤中，专利申请号：201710229057.2，提出了一种新型光子晶体光纤结构。根据理论计算，这种光纤的布里渊增益谱中的四个峰的峰值功率相差都在2dB以内。但是由于光子晶体光纤的制作工艺复杂，成本较高，并且损耗比较大，很难应用于需要长距离传感的监测系统。

另外，2004年，Y.Koyamada等人提出了一种纤芯掺锗的传统渐变折射率光纤，其布里渊增益谱的归一化强度分别为0，-5和-4dB。这是目前报道的峰值强度最接近的光纤，但是由于纤芯掺锗含量较多，导致光纤的散射损耗较大，其损耗大约是0.6～0.7dB/km。而一般用于较长距离通信或传感的光纤损耗需要小于0.5dB/km。并且在该光纤的纤芯中，折射率是渐变的，这使得制造工艺相对阶跃折射率光纤复杂不少。

因此，如何提供一种适合长距离传感的阶跃折射率光纤是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有强度相近的多峰布里渊散射谱的阶跃折射率光纤，结构简单，适宜大量生产，可用于基于布里渊拍频谱探测的分布式光纤传感系统中，实现温度和应变的高精度快速分布式测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有相近强度多峰布里渊增益谱的阶跃折射率光纤，包括：纤芯和包层，所述纤芯各处的折射率均为n₁，所述包层各处的折射率均为n₂，且n₁>n₂，所述包层为纯二氧化硅，所述纤芯由质量百分比为85.5％～86.23％的二氧化硅和质量百分比为13.77％～14.5％的二氧化锗掺杂而成，所述纤芯的半径为1.2～1.4μm。