[发明专利]基于光纤布里渊散射的相干光谱分析装置及方法

权利要求书

1.一种基于光纤布里渊散射的相干光谱分析测量装置，其特征在于：包括可调谐激光器(1)、待检光源(2)、第一光隔离器(3)、掺铒光纤放大器EDFA(4)、第一光耦合器(5)、偏振控制器(6)、第一光环形器(7)、第一光衰减器(8)、第一延时光纤(9)、温度控制器(10)、第二光耦合器(11)、平衡探测器(12)、射频滤波器(13)、数据采集模块(14)、第二光衰减器(15)、第二延时光纤(16)、第二光环形器(17)和第二光隔离器(18)；所述可调谐激光器(1)与掺铒光纤放大器EDFA(4)、掺铒光纤放大器EDFA(4)与第一光耦合器(5)的输入端口、第一光耦合器(5)的输出端口1与第一光环形器(7)的端口1、第一光耦合器(5)的输出端口2与第二光环形器(17)的端口1通过单模光纤链接；所述待检光源(2)与第一光隔离器(3)、第一光隔离器(3)与偏振控制器(6)、偏振控制器(6)与温度控制器(10)中的第一延时光纤(9)、温度控制器(10)中的第一延时光纤(9)与第一光环形器(7)的端口2、第一光环形器(7)的端口3与第一光衰减器(8)、第一光衰减器(8)与第二光耦合器(11)的输入端口1通过单模光纤连接；所述第二光隔离器(18)与第二延时光纤(16)、第二延时光纤(16)与第二光环形器(17)的端口2、第二光环形器(17)的端口3与第二光衰减器(15)、第二光衰减器(15)与第二光耦合器(11)的输入端口2通过单模光纤连接；所述第二光耦合器(11)的输出端口与平衡探测器(12)通过单模光纤连接，平衡探测器(12)与射频滤波器(13)、射频滤波器(13)与数据采集模块(14)通过电缆链接；

所述可调谐激光器(1)、待检光源(2)、第一光隔离器(3)、掺铒光纤放大器EDFA(4)、第一光耦合器(5)、偏振控制器(6)、第一光环形器(7)和温度控制器(10)中的第一延时光纤(9)构成光纤后向散射滤波器，用于提取待检光谱信号(a)中的布里渊信号(e)；

所述温度控制器(10)是根据光纤中的布里渊频移与温度成线性关系而构成的布里渊频移调节器，用于和作为本振光(d)的布里渊后向散射光保持相同的布里渊频移量；

所述第二光耦合器(11)、平衡探测器(12)、射频滤波器(13)和数据采集模块(14)构成了外差干涉仪，用于使布里渊信号(e)和瑞利信号(f)同本振光(d)产生干涉形成布里渊拍频光信号(h)和瑞利拍频光信号(i)，之后，通过射频滤波的方式分离布里渊拍频电信号(h’)和瑞利拍频电信号(i’)，对布里渊拍频电信号(h’)记录以形成待检光源的复原光谱(a’)。

2.根据权利要求1所述的基于光纤布里渊散射的相干光谱分析测量装置的测量方法，其特征在于：可调谐激光器(1)发出的光通过掺铒光纤放大器EDFA(4)放大后由第一光耦合器(5)分成第一束泵浦光(b)和第二束泵浦光(c)，第一束泵浦光(b)用于产生本振光(d)，第二束泵浦光(c)用于产生光纤后向散射滤波器，所述第一束泵浦光(b)从第二光环形器(17)的端口1进入，在第二光环形器(17)的端口2出射后进入第二延时光纤(16)发生受激布里渊散射，产生的后向布里渊散射光作为本振光(d)，该本振光(d)从第二光环形器(17)的端口2返回，在第二光环形器(17)的端口3出射后接入第二光衰减器(15)，第一束泵浦光(b)后续传播被第二光隔离器(18)阻断；所述第二束泵浦光(c)在第一光环形器(7)的端口1入射，从第一光环形器(7)的端口2进入到温度控制器(10)中的第一延时光纤(9)，在第一延时光纤(9)中，由光纤受激布里渊散射和光纤瑞利散射形成光纤后向滤波器，第二束泵浦光(c)后续传播被第一光隔离器(3)阻断，防止对待检光源(2)形成干扰，温度控制器(10)通过改变温度来线性调节布里渊频移量，使与本振光(d)的布里渊频移保持相同；所述待检光源(2)先经过第一光隔离器(3)，再由偏振控制器(6)调节偏振态，之后进入温度控制器(10)中的第一延时光纤(9)里，由光纤后向散射滤波器提取待检光谱信号(a)中的布里渊信号(e)和瑞利信号(f)，所述布里渊信号(e)、瑞利信号(f)从第一光环形器(7)的端口2进入，在第一光环形器(7)的端口3出射由第一光衰减器(8)调节光功率大小；经过第一光衰减器(8)、第二光衰减器(15)调整，本振光(d)与提取的布里渊信号(e)和瑞利信号(f)在第二光耦合器(11)中发生外差干涉产生布里渊拍频光信号(h)和瑞利拍频光信号(i)，通过平衡探测器(12)将光学拍频信号转换为电学拍频信号，之后，利用射频滤波器(13)滤除其中的瑞利拍频电信号(i’)，仅记录增益更大的布里渊拍频电信号(h’)作为待检光谱信号(a)中与泵浦光同频的分量的估计值，最终，调整可调谐激光器(1)的输出光频率，使其遍历整个待检光谱信号(a)的频率范围，数据采集模块(14)则会依照泵浦光频率的大小只记录布里渊拍频电信号(h’)的强度，利用该结果形成待检光源的复原光谱(a’)，实现精密测量。