[发明专利]一种布里渊光时域分析传感装置及非本地效应补偿方法

权利要求书

1.一种布里渊光时域分析传感装置，其特征在于，包括用于产生连续探测光的上支路和用于产生脉冲光的下支路；可调谐激光器(1)输出的连续光经耦合器(2)后分为上支路和下支路；上支路中连续光依次经过偏振控制器(3)、强度调制器(4)、第一掺铒光纤放大器(5)、第一光环形器(6)后进入传感光纤(7)；下支路中连续光经过声光调制器(10)实现光脉冲调制，然后依次经过第二掺铒光纤放大器(11)、扰偏器(9)、第二光环形器(8)后进入传感光纤(7)；强度调制器(4)通过微波源驱动，声光调制器(10)通过脉冲发生器驱动；在传感光纤(7)中经受激布里渊作用后探测光经第二光环形器(8)的三号端口进入第三光环形器(13)、然后进入第一光电探测器(14)后经数据采集卡(15)送入上位机(16)；在传感光纤(7)中经受激布里渊作用后脉冲光经第一光环形器(6)三号端口进入可调衰减器(18)、然后经第二光电探测器(17)后经数据采集卡(15)送入上位机(16)。

2.根据权利要求1所述的一种布里渊光时域分析传感装置，其特征在于，所述第三光环形器(13)连接光滤波器(12)。

3.根据权利要求2所述的一种布里渊光时域分析传感装置，其特征在于，所述光滤波器(12)滤波窗口与强度调制器(4)所产生双边带中的上边带对应。

4.根据权利要求1所述的一种布里渊光时域分析传感装置，其特征在于，所述第一光电探测器(14)带宽大于最低采样率；第二光电探测器(17)带宽大于脉冲上升或下降沿对应频率的两倍。

5.采用如权利要求1～4任意一种布里渊光时域分析传感装置的非本地效应补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：经受激布里渊作用后探测光和脉冲光表示如式(1)和(3)，没有布里渊作用的探测光和脉冲光表示如式(2)和(4)：

P_So(v,z)＝P_ise^-α(L-z)e^-αz (2)

P_p(v,z)＝P_iPe^-αz(1-d(v,z)) (3)

P_po(v,z)＝P_iPe^-αz (4)

式中：P_S(v,z)为有能量转移探测光的功率，P_So(v,z)为没有能量转移的探测光的功率；P_p(v,z)为有能量转移的脉冲光的功率，P_po(v,z)为没有能量转移的脉冲光的功率；v为探测光和脉冲光的频率之差，z为探测光和脉冲光相互作用的位置，Δz为探测光和脉冲光相互作用位置的长度；L为传感光纤(7)总长度，α为光纤损耗系数，P_is为探测光输入传感光纤(7)的功率，P_iP为脉冲光输入传感光纤(7)的功率，g_B(v,z)为布里渊的线性增益，A_eff为光传感模式的非线性有效面积；d(v,z)为由于受激布里渊散射效应从0到z位置能量转移导致的脉冲消耗；

步骤2：探测光在z₁位置获得的功率如下：

步骤3：假设脉冲光在z₁位置给予探测光能量，则该能量会被脉冲光携带到z位置处，同时也会因为传播z-z₁距离而损失能量；进一步假设脉冲光没有在0到z位置给予探测光能量，则这些能量即脉冲消耗的能量E_d(v,z)：

即：

E_d(v,z)＝(P_Po(v,z)-P_P(v,z))Δz＝d(v,z)P_iPΔze^-αz (7)

步骤4：根据式(6)和(7)即可得到下式：

即：

式中：P_S(v,z)、P_So(v,z)和z根据第一光电探测器(14)得到，k为第二光电探测器(17)测量得到的脉冲光在光纤尾端消耗系数；

步骤5：有能量转移和没有能量转移时脉冲在光纤尾端处的功率如下：

P_P(v,z＝L)＝L_ssP_iPe^-αL(1-d(v,z＝L)) (10)

P_Po(v,z＝L)＝L_ssP_iPe^-αL (11)

式中：L_ss为固定损耗系数；P_P(v,z＝L)为有能量转移时脉冲在光纤尾端处的功率，P_Po(v,z＝L)为没有能量转移时脉冲在光纤尾端处的功率；

步骤6：根据式(10)和(11)求解得到d(v,z＝L)：

步骤7：将式(12)代入式(9)求解得到d(v,z)：

步骤8：根据上式即可得到原始布里渊增益gain_o(v,z)和补偿后布里渊增益gain_c(v,z)：