[发明专利]一种基于直波导相位调制器的分布式光纤声波传感系统

说明书

本发明公开了一种基于直波导相位调制器的分布式光纤声波传感系统，包括窄线宽激光器、光纤隔离器、半导体光放大器、掺铒光纤放大器、光纤环形器、传感光纤、光纤耦合器、直波导相位调制器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、光电探测器、数据采集单元和数据处理单元。本发明中所使用的直波导相位调制器可达MHz以上的高调制频率，可以解决现有技术中采用传统压电陶瓷(PZT)相位调制器调制频率低的问题，可以实现分布式光纤声波传感系统对整个光纤链路上高频响应的实时监测和定位。

技术领域

本发明属于光纤声波传感器领域，尤其涉及一种基于直波导相位调制器的分布式光纤声波传感系统。

背景技术

分布式光纤声波传感器不仅具有抗电磁干扰、隐蔽性好、耐腐蚀、绝缘等普通光纤传感器的特性，还具有结构简单，探测距离长，能实现动态应变的分布式、实时定量检测，对各种复杂地形的适应程度高和无需外场供电等诸多突出的优点而被广泛应用于周界安防，资源勘探，石油天然气管道检测，通信线路检测，高铁、舰船及机场监测，水听器和地震火灾预警等许多工业和军事领域。

基于相位敏感光时域反射计和相位载波调制方法的分布式光纤声波传感系统，是利用光纤传输中的后向瑞利散射光的相位变化来实现对声波信号的分布式测量和还原的。为了实现对声波信号的定量测量，探测到的后向瑞利散射光信号必须经过相位调制器施加载波调制后再进行解调得到待测声波信号的幅值和频率，因此相位调制器是该分布式光纤声波传感系统的重要组成器件。

相位调制器是在检测系统中能由电路对光波相位实现改变的媒介，它的工作原理是：对相位调制器施加调制电压，电压引起调制器内部材料折射率变化，引起通过的光的传播速度变化，从而引起光的相位变化。一般情况下，光的相位与所施加的调制电压成线性关系，因此不同时刻通过的光所受到的调制作用不同。在分布式光纤声波传感系统中，为了实现对传感光纤链路上的高频探测，要求相位调制器具有高的频率响应特性。

目前，分布式声波传感系统利用相位生成载波调制解调的方案中均采用的是PZT相位调制器构成的迈克尔逊干涉仪结构，PZT相位调制器虽然制作简单，只需将光纤直接绕在PZT上即可，但PZT的工作频率一般只在几十kHz上，调制频率低，无法实现高频调制，在现有技术中，系统所能够探测的频率小于5kHz，因此基于PZT相位调制器的分布式光纤声波传感系统难以实现对高频声波信号的探测。

发明内容

为了解决现有技术中所用的相位调制器的调制频率低，无法实现高频探测的问题，本发明提出了一种基于直波导相位调制器的分布式光纤声波传感系统，采用LiNbO₃集成光学直波导相位调制器替换传统方案中的PZT相位调制器，可以达到MHz以上的调制频率，进而实现系统对整个光纤链路上高频响应的探测。

本发明提供了一种基于直波导相位调制器的分布式光纤声波传感系统，包括窄线宽激光器、光纤隔离器、半导体光放大器、掺铒光纤放大器、光纤环形器、传感光纤、光纤耦合器、直波导相位调制器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、光电探测器、数据采集单元和数据处理单元；

其中，所述窄线宽激光器的尾纤输出端与所述光纤隔离器的输入端相连；所述光纤隔离器的输出端与所述半导体光放大器的输入端相连；所述半导体光放大器的输出端与所述掺铒光纤放大器的输入端相连；所述掺铒光纤放大器的输出端与所述光纤环形器的第一端口相连；所述光纤环形器的第二端口与所述传感光纤相连；所述光纤环形器的第三端口与所述光纤耦合器的第一端口相连；所述光纤耦合器的第二端口与所述直波导相位调制器的输入端相连；所述直波导相位调制器的输出端与所述第一法拉第旋转镜相连；所述光纤耦合器的第三端口与所述第二法拉第旋转镜相连；所述光纤耦合器的第四端口依次与所述光电探测器、所述数据采集单元和所述数据采集单元相连。

进一步，所述第一法拉第旋转镜和所述第二法拉第旋转镜性能参数一致，均由旋转角45°的法拉第旋转器与反射镜组成。