本發(fā)明涉及BOTDR分布式傳感系統(tǒng)，具體是一種用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的激光模塊。

背景技術(shù)：

BOTDR分布式傳感系統(tǒng)不僅具有損耗低、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易于工程鋪設(shè)等光纖傳感特有的特性，還可以實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時(shí)測(cè)量，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單端接入、可檢測(cè)斷點(diǎn)以及可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高精度測(cè)量等優(yōu)越性能，因此被廣泛應(yīng)用于大型建筑結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測(cè)中。現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的工作原理為：窄線寬激光器發(fā)出頻率為ν₀的連續(xù)光，連續(xù)光經(jīng)光纖耦合器分為探測(cè)連續(xù)光和參考連續(xù)光，探測(cè)連續(xù)光經(jīng)EOM（電光調(diào)制器）或AOM（聲光調(diào)制器）調(diào)制生成探測(cè)脈沖光，探測(cè)脈沖光在待測(cè)光纖中產(chǎn)生頻率為ν₀±ν_B的自發(fā)布里淵散射信號(hào)，自發(fā)布里淵散射信號(hào)與參考連續(xù)光進(jìn)行拍頻獲得待測(cè)光纖的布里淵頻移ν_B，后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理獲得待測(cè)光纖不同位置處的布里淵頻譜信息，通過(guò)布里淵頻移、功率與應(yīng)變、溫度的關(guān)系獲得光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布情況。然而，現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)由于采用EOM或AOM進(jìn)行探測(cè)脈沖光的調(diào)制，導(dǎo)致其存在如下問(wèn)題：其一，EOM的偏壓點(diǎn)難以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，導(dǎo)致其調(diào)制生成的探測(cè)脈沖光存在消光比較低的問(wèn)題，由此導(dǎo)致BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏。其二，AOM的調(diào)制速率較低，導(dǎo)致其無(wú)法調(diào)制生成脈寬為10ns的探測(cè)脈沖光，由此導(dǎo)致BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的空間分辨率受限?；诖?，有必要發(fā)明一種用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的激光模塊，以解決現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問(wèn)題，提供了一種用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的激光模塊。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的激光模塊，包括種子源窄線寬激光器、1×2光纖耦合器、量子點(diǎn)SOA、FPGA脈沖發(fā)生模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、高速電流驅(qū)動(dòng)器、量子點(diǎn)SOA溫控模塊、自發(fā)輻射噪聲濾波器、第一光隔離器、第二光隔離器；其中，種子源窄線寬激光器的輸出端與1×2光纖耦合器的輸入端連接；1×2光纖耦合器的第一個(gè)輸出端與量子點(diǎn)SOA的第一個(gè)輸入端連接；FPGA脈沖發(fā)生模塊的輸出端與電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與高速電流驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接；高速電流驅(qū)動(dòng)器的輸出端與量子點(diǎn)SOA的第二個(gè)輸入端連接；量子點(diǎn)SOA溫控模塊的輸出端與量子點(diǎn)SOA的第三個(gè)輸入端連接；量子點(diǎn)SOA的輸出端與自發(fā)輻射噪聲濾波器的輸入端連接；自發(fā)輻射噪聲濾波器的輸出端與第一光隔離器的輸入端連接；第一光隔離器的輸出端作為脈沖光輸出端；1×2光纖耦合器的第二個(gè)輸出端與第二光隔離器的輸入端連接；第二光隔離器的輸出端作為連續(xù)光輸出端。

具體工作過(guò)程如下：首先，啟動(dòng)量子點(diǎn)SOA溫控模塊，使得量子點(diǎn)SOA工作在恒溫狀態(tài)下。然后，啟動(dòng)種子源窄線寬激光器，種子源窄線寬激光器輸出功率恒定的連續(xù)光，連續(xù)光經(jīng)1×2光纖耦合器分為探測(cè)連續(xù)光和參考連續(xù)光，探測(cè)連續(xù)光經(jīng)量子點(diǎn)SOA調(diào)制生成探測(cè)脈沖光，探測(cè)脈沖光依次經(jīng)自發(fā)輻射噪聲濾波器、第一光隔離器進(jìn)行濾波、隔離后通過(guò)脈沖光輸出端進(jìn)行輸出，參考連續(xù)光經(jīng)第二光隔離器進(jìn)行隔離后通過(guò)連續(xù)光輸出端進(jìn)行輸出。探測(cè)連續(xù)光經(jīng)量子點(diǎn)SOA調(diào)制生成探測(cè)脈沖光的具體過(guò)程如下：?jiǎn)?dòng)FPGA脈沖發(fā)生模塊，F(xiàn)PGA脈沖發(fā)生模塊輸出高低電平信號(hào)，高低電平信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后進(jìn)入高速電流驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)FPGA脈沖發(fā)生模塊輸出高電平信號(hào)時(shí)，高速電流驅(qū)動(dòng)器被觸發(fā)并產(chǎn)生泵浦電流，泵浦電流注入量子點(diǎn)SOA，使得量子點(diǎn)SOA輸出放大的光信號(hào)（量子點(diǎn)SOA中的激活介質(zhì)吸收注入的泵浦電流后，位于源極的載流子數(shù)從低能級(jí)躍遷至高能級(jí)，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，輸入量子點(diǎn)SOA的探測(cè)連續(xù)光通過(guò)受激輻射激活這些電子，使其躍遷到較低的能級(jí)，由此產(chǎn)生放大的光信號(hào)）。當(dāng)FPGA脈沖發(fā)生模塊輸出低電平信號(hào)時(shí)，高速電流驅(qū)動(dòng)器不產(chǎn)生泵浦電流，量子點(diǎn)SOA不輸出光信號(hào)（量子點(diǎn)SOA無(wú)泵浦電流注入，輸入量子點(diǎn)SOA的探測(cè)連續(xù)光因半導(dǎo)體中沒(méi)有達(dá)到載流子數(shù)反轉(zhuǎn)而被量子點(diǎn)SOA源區(qū)材料吸收，由此不能輸出光信號(hào)）。如此反復(fù)，量子點(diǎn)SOA輸出的光信號(hào)即為探測(cè)脈沖光。在此過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)FPGA脈沖發(fā)生模塊輸出的高低電平信號(hào)的脈寬和重復(fù)頻率，即可調(diào)節(jié)量子點(diǎn)SOA輸出的探測(cè)脈沖光的脈寬和重復(fù)頻率。

基于上述過(guò)程，本發(fā)明所述的一種用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的激光模塊通過(guò)采用全新結(jié)構(gòu)，具備了如下優(yōu)點(diǎn)：其一，與EOM相比，本發(fā)明采用的量子點(diǎn)SOA不存在偏壓點(diǎn)難以穩(wěn)定的問(wèn)題，并且具有高材料增益、噪聲指數(shù)低的特點(diǎn)，因此其調(diào)制生成的探測(cè)脈沖光具有消光比高的特點(diǎn)，由此有效避免了BOTDR分布式傳感系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)光泄漏。其二，與AOM相比，本發(fā)明采用的量子點(diǎn)SOA不僅具有調(diào)制速率高的特點(diǎn)，而且具有增益恢復(fù)時(shí)間超快的特點(diǎn)，因此其能夠調(diào)制生成脈寬為10ns的探測(cè)脈沖光，由此使得BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的空間分辨率不再受限。其三，本發(fā)明采用的量子點(diǎn)SOA還具有線寬加強(qiáng)因子極低、高飽和輸出功率、低溫度靈敏性、體積小等特點(diǎn)。其線寬加強(qiáng)因子極低的特點(diǎn)不僅有利于減小量子點(diǎn)SOA在光放大和響應(yīng)中出現(xiàn)的信號(hào)畸變，還有助于減小探測(cè)脈沖光的上升沿與下降沿時(shí)間，由此保證了探測(cè)脈沖光的質(zhì)量。其高飽和輸出功率的特點(diǎn)保證了量子點(diǎn)SOA具有良好的線性增益，由此避免了非線性效應(yīng)的發(fā)生。其低溫度靈敏性的特點(diǎn)有利于實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制。其體積小的特點(diǎn)使得BOTDR分布式傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小、便于集成。其四，本發(fā)明能夠同時(shí)輸出探測(cè)脈沖光和參考連續(xù)光，且二者為同源光（二者具有相同的頻率、線寬、中心波長(zhǎng)等光學(xué)性質(zhì)），二者的同源性保證了BOTDR分布式傳感系統(tǒng)中的后向散射光與參考連續(xù)光拍頻時(shí)，兩束光的頻差為布里淵頻移，由此有利于信號(hào)的提取。

本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有BOTDR分布式傳感系統(tǒng)容易發(fā)生連續(xù)光泄漏、空間分辨率受限的問(wèn)題，適用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-種子源窄線寬激光器，2-1×2光纖耦合器，3-量子點(diǎn)SOA，4-FPGA脈沖發(fā)生模塊，5-電平轉(zhuǎn)換模塊，6-高速電流驅(qū)動(dòng)器，7-量子點(diǎn)SOA溫控模塊，8-自發(fā)輻射噪聲濾波器，9a-第一光隔離器，9b-第二光隔離器，A-脈沖光輸出端，B-連續(xù)光輸出端。

具體實(shí)施方式

一種用于BOTDR分布式傳感系統(tǒng)的激光模塊，包括種子源窄線寬激光器1、1×2光纖耦合器2、量子點(diǎn)SOA3、FPGA脈沖發(fā)生模塊4、電平轉(zhuǎn)換模塊5、高速電流驅(qū)動(dòng)器6、量子點(diǎn)SOA溫控模塊7、自發(fā)輻射噪聲濾波器8、第一光隔離器9a、第二光隔離器9b；其中，種子源窄線寬激光器1的輸出端與1×2光纖耦合器2的輸入端連接；1×2光纖耦合器2的第一個(gè)輸出端與量子點(diǎn)SOA3的第一個(gè)輸入端連接；FPGA脈沖發(fā)生模塊4的輸出端與電平轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端連接；電平轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端與高速電流驅(qū)動(dòng)器6的輸入端連接；高速電流驅(qū)動(dòng)器6的輸出端與量子點(diǎn)SOA3的第二個(gè)輸入端連接；量子點(diǎn)SOA溫控模塊7的輸出端與量子點(diǎn)SOA3的第三個(gè)輸入端連接；量子點(diǎn)SOA3的輸出端與自發(fā)輻射噪聲濾波器8的輸入端連接；自發(fā)輻射噪聲濾波器8的輸出端與第一光隔離器9a的輸入端連接；第一光隔離器9a的輸出端作為脈沖光輸出端A；1×2光纖耦合器2的第二個(gè)輸出端與第二光隔離器9b的輸入端連接；第二光隔離器9b的輸出端作為連續(xù)光輸出端B。

種子源窄線寬激光器1的輸出端通過(guò)光纖與1×2光纖耦合器2的輸入端連接；1×2光纖耦合器2的第一個(gè)輸出端通過(guò)光纖與量子點(diǎn)SOA3的第一個(gè)輸入端連接；FPGA脈沖發(fā)生模塊4的輸出端通過(guò)帶寬為200MHz以上的電纜與電平轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端連接；電平轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端通過(guò)帶寬為200MHz以上的電纜與高速電流驅(qū)動(dòng)器6的輸入端連接；高速電流驅(qū)動(dòng)器6的輸出端通過(guò)帶寬為200MHz以上的電纜與量子點(diǎn)SOA3的第二個(gè)輸入端連接；量子點(diǎn)SOA溫控模塊7的輸出端通過(guò)帶寬為200MHz以上的電纜與量子點(diǎn)SOA3的第三個(gè)輸入端連接；量子點(diǎn)SOA3的輸出端通過(guò)光纖與自發(fā)輻射噪聲濾波器8的輸入端連接；自發(fā)輻射噪聲濾波器8的輸出端通過(guò)光纖與第一光隔離器9a的輸入端連接；1×2光纖耦合器2的第二個(gè)輸出端通過(guò)光纖與第二光隔離器9b的輸入端連接。

所述種子源窄線寬激光器1的中心波長(zhǎng)為1550nm；所述1×2光纖耦合器2的分光比為90：10；所述量子點(diǎn)SOA3為InAs/GaAs量子點(diǎn)SOA，其中心波長(zhǎng)為1550nm。