[发明专利]基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置及方法

权利要求书

1.基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将同一激光器输出的无时延宽带混沌激光分为两束，分别作为探测光和泵浦光；

通过双频啁啾边带调制将探测光与泵浦光的频差锁定在布里渊增益谱上升沿斜坡与下降沿斜坡的线性区，然后将探测光和泵浦光分别从传感光纤两端输入传感光纤；

采集并处理传感光纤中输出的混沌拉曼斯托克斯光信号，同时采集传感光纤中输出的经布里渊放大后的混沌探测光中的斯托克斯光；

通过处理混沌拉曼斯托克斯光信号，实时解调光纤沿线任意位置的本征损耗、动态应变拉伸损耗分布情况；通过处理混沌布里渊斯托克斯光得到光纤中特定位置的动态应变信息，并利用同步获取的损耗分布进行功率补偿；可编程光延迟发生器调节探测光光程，使得混沌探测光和泵浦光在传感光纤不同位置出发生受激布里渊放大作用，从而得到光纤沿线任意位置动态应变信息。

2.基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置，其特征在于，包括无时延宽带混沌激光源（1）；所述无时延宽带混沌激光源（1）输出的无时延宽带混沌激光经分光器后分为两束，一束作为探测光依次经电光调制器（4）、可编程光延迟发生器（6）、连续光放大器（7）后入射到传感光纤（10）的一端；另一束作为泵浦光依次经半导体光放大器（11）、脉冲光放大器（13）后入射到光环形器（14）的第一端口，从光环形器（14）的第二端口出射后入射至所述传感光纤（10）的另一端；

所述半导体光放大器（11）的射频输入端与脉冲信号发生器（12）的第一输出端连接，用于驱动所述半导体光放大器（11）将所述泵浦光调制成脉冲光；所述脉冲信号发生器（12）的第二输出端与微波信号源（5）的外部触发端口连接，所述微波信号源（5）的输出端与所述电光调制器（4）连接，用于驱动所述电光调制器（4）对所述探测光进行载波抑制的边带调制，且边带频率是以光纤布里渊频移为中心频率的双频啁啾链；所述脉冲信号发生器（12）的第三输出端与高速数据采集与分析系统（19）的射频控制端连接；

相向传输的探测光与泵浦光在传感光纤（10）中相遇，产生的混沌自发拉曼散射斯托克斯光和受激布里渊散射作用放大后的探测光从所述传感光纤（10）的另一端出射后，入射至所述入射所述光环形器（14）的第二端口，经所述光环形器的第三端口出射，出射信号经波分复用器（15）后，混沌自发拉曼散射斯托克斯光经第一光电探测器（16）转换为电域信号后传输至高速数据采集与分析系统（19），受激布里渊散射作用放大后的探测光经可调谐光滤波器（17）进行滤波后，保留的斯托克斯分量经第二光电探测器（18）转换为电域信号后传输至高速数据采集与分析系统（19）。

3.根据权利要求2所述的基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置，其特征在于，还包括偏振控制器（3）、光扰偏器（8）和光隔离器（9），所述探测光依次经偏振控制器（3）、电光调制器（4）、可编程光延迟发生器（6）、连续光放大器（7）、光扰偏器（8）和光隔离器（9）后入射到传感光纤（10）的一端。

4.根据权利要求2所述的基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置，其特征在于，所述分光器为1×2光纤耦合器，所述无时延宽带混沌激光源（1）、分光器、偏振控制器（3）、高速电光调制器（4）、可编程光延迟发生器（6）、连续光放大器（7）、光扰偏器（8）、光隔离器（9）、传感光纤（10）、半导体光放大器（11）、脉冲信号发生器（12）、脉冲光放大器（13）、光环形器（14）、波分复用器（15）、第一光电探测器（16）、可调谐光滤波器（17）、第二光电探测器（18）之间通过单模光纤跳线连接。

5.根据权利要求2所述的基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置，其特征在于，所述高速数据采集与分析系统（19）用于根据所述第一光电探测器（16）和第二光电探测器（18）发送的信号，计算得到传感光纤（10）中的应变信息。

6.根据权利要求2所述的基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置，其特征在于，所述无时延宽带混沌激光源（1）输出的无时延宽带混沌激光的-3dB光谱线宽大于5GHz，-3dB功率谱带宽大于10GHz，且时序信号无周期。

7.根据权利要求2所述的基于无时延混沌激光的高精度动态应变监测装置，其特征在于，所述可编程光延迟发生器用于调节探测光的光程，实现传感系统的连续分布式定位。