[发明专利]一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析方法

说明书

本发明公开了一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析系统，由光路检测和电路解调两部分组成；光路采用对称双边带布里渊光时域分析系统，探测光采用马赫曾德尔调制器和相位调制器级联调制产生，第一级调制产生的光作为与泵浦相互作用的光，第二级产生的光作为辅助光消除相位噪声，接收端相干探测；电路则采用包络检波的方式解调信号。本发明系统简单，易实现、易调节；单通道、低采样率，数据量少；能获得很高的布里渊相位测量精度和高稳定性。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体为一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析方法。

背景技术

分布式光纤传感技术在近年来，随着油气管道、高铁、大型建筑等的高速发展，其安全越来越受到各界关注，而分布式光纤传感技术由于其本身大量的优点，使得其成为长距离、恶劣环境下进行外界信息感知的关键技术。而布里渊光时域分析技术正是众多分布式光纤传感技术中很重要的一项技术。其主要应用于油气管道，结构健康监测等领域。传统的布里渊光时域分析技术通过测量布里渊增益谱来获得布里渊频移(该参数与外界待测量呈线性关系)，近年来，研究发现通过布里渊相位提取布里渊频移具有更多更好的优势：动态测量，抗泵浦消耗，仅需较窄的扫频空间便能获得较高解调精度。基于此，很多研究人员在基于布里渊相位谱的布里渊光时域分析技术上做了不少研究。为了在这一小领域进行深入研究，布里渊相位谱的解调至关重要。

但是目前的布里渊相位解调技术主要有以下几类：1、射频探测，即将相干探测获得的原始射频信号用具有高采样率的设备采集后在数字域对射频信号进行相位提取(该技术需要极大的数据量)；2、数字IQ解调，即通过高采样率设备采集原始射频信号后，在数字域进行IQ解调(同样需要极大的数据量)；3、电路IQ解调，该技术需要双通道采集设备，并且两路信号必须做好同步，不然会存在加大误差；4、基带解调技术，该技术利用萨尼亚克干涉效应实现解调，但是该技术具有复杂结构，需要复杂调节，以及双通道数据采集，而且解调性能也不是很好。

总结起来，技术1和技术2需要极高采样率的采集设备并且获取大量的数据，因此运算效率会比较低。技术3和技术4在采样率上面实现了降低，但是都需要双通道采集设备，并且两个通道需要很好地同步。而且以上技术均未能考虑到相位噪声的影响，因此以上技术尽管能解调布里渊相位，但是解调效果并不是很好。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种简单，高精度、高稳定性的基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析方法，解决基于相位解调的布里渊光时域分析技术在实际应用中的不足。技术方案如下：

一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析方法，可调谐激光器输出的连续光经光耦合器后分为两个支路的连续光；

上支路连续光经第一偏振控制器调节光偏振态，再经马赫曾德尔调制器在频率合成器的驱动下完成一级调制，实现载波抑制双边带调制，再依次通过第一连续式掺铒光纤放大器补偿光功率的损耗，通过第二偏振控制器调节光偏振态，通过相位调制器进行二级调整产生所需要的探测光，通过可调衰减器调节好探测光功率，通过光隔离器将探测光注入传感光纤中；

下支路连续光通过第三偏振控制器调节光偏振态，再经强度调制器在脉冲发生器的驱动下产生泵浦光脉冲，该脉冲光依次通过脉冲式掺铒光纤放大器放大，通过光带通滤波器滤除ASE噪声，通过扰偏器扰乱脉冲光的偏振态，通过环形器的一号端口注入到传感光纤中与探测光产生受激布里渊作用；

经过受激布里渊作用后的探测光通过环形器的三号端口到达接收端；

在接收端，探测光先通过第二连续式掺铒光纤放大器放大，再注入光电探测器转换为电信号；

所述电信号依次通过低噪放大器放大，通过带通滤波器滤波，通过包络检波器进行信号解调获得目标布里渊相移，再通过数据采集卡采集后发送上位机进行后期处理。

进一步的，所述马赫曾德尔调制器工作在载波抑制点，其驱动频率为扫频频率f_s，其扫频范围覆盖传感光纤的布里渊增益区间。