[发明专利]一种光子带隙光纤背向散射分布式测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种光子带隙光纤背向散射分布式测量装置，包括光源、1:99耦合器、测量光路的环形器、参考光路的环形器、待测光纤、Y波导、信号发生器、探测器、锁相放大器、电动延迟线、1×N路光开关C、1×N路光开关D、光纤全反射镜和普通单模光纤1～N；本发明使用低相干光干涉以及方波和三角波联合调制和解调的相关检测技术，实现了高空间分辨、高灵敏度的光子带隙光纤背向散射分布式测量。本发明使用1:99耦合器和环形器调整参考光路和测量光路的分光比，提高了散射信号强度，改善了系统的信噪比。本发明通过电动延迟线和光开关的组合，在不影响系统分辨率、灵敏度和信噪比的前提下，拓展了装置的测量长度。

主权项

1.一种光子带隙光纤背向散射分布式测量装置，包括光源、1:99耦合器、测量光路的环形器、参考光路的环形器、待测光纤、Y波导、信号发生器、探测器、锁相放大器、电动延迟线、1×N路光开关C、1×N路光开关D、光纤全反射镜和普通单模光纤1～N；光源输出的宽谱光经1:99耦合器分为光强之比为99:1的两束光Wm0、Wr0，Wm0由测量光路的环形器的E端口进入测量光路，Wr0由参考光路的环形器的H端口进入参考光路；测量光路包括环形器和待测光纤，环形器的E端口输入的光Wm0从环形器的F端口进入待测光纤，Wm0在待测光纤中传输时，待测光纤纤芯内表面上的散射点产生背向散射，背向散射光Wm经过环形器的G端口进入Y波导；参考光路包括环形器、光纤全反射镜、电动延迟线、1×N路光开关C、1×N路光开关D和普通单模光纤1～N，环形器的H端口输入的光Wr0从环形器的J端口进入参考光路，依次经过电动延迟线、1×N路光开关C、普通单模光纤m和1×N路光开关D，入射到光纤全反射镜，光Wr0被光纤全反射镜反射后按原光路返回，由J端口进入环形器并从环形器的K端口输出，作为参考光Wr进入Y波导，其中，普通单模光纤m为普通单模光纤1～N中的一路，普通单模光纤通过1×N路光开关C和1×N路光开关D接通，1≤m≤N；背向散射光W_m和参考光W_r分别经Y波导的两分支输入并经Y波导耦合后输入到探测器，探测器将接收的光信号转换为电信号并发送给锁相放大器的信号端，信号发生器在Y波导上添加方波+三角波的调制信号，实现对背向散射光W_m和参考光W_r干涉相位的调制，方波信号作为参考信号接入锁相放大器的参考端，通过锁相放大器实现W_m和W_r干涉信号的相关检测，探测器探测到的光强为：其中：干涉项相位I_m为背向散射光W_m的总光强，I_r为参考光W_r的光强；信号发生器和锁相放大器对I_D中的干涉项相位进行调制和解调，实现对I_D的相关检测，得到余弦信号I_D的峰峰值I_pp，进而得到散射点A的背向散射光强为：通过电动延迟线、1×N路光开关C和1×N路光开关D改变参考光路的光程，进而改变参考光的光程，实现参考光与不同散射点背向散射光的干涉，获得相应散射点的背向散射大小，对待测光纤的背向散射进行逐点测量，获得该段待测光纤的背向散射分布信息。