本實用新型涉及分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，尤其涉及一種用于增加分布式光纖振動傳感系統(tǒng)探測距離的拉曼放大器。

背景技術(shù)：

分布式光纖振動傳感系統(tǒng)（DVS）基于帶相位信息的光時域反射（Ф-OTDR）技術(shù)，以G652單模光纖為傳感介質(zhì)。激光器發(fā)射窄線寬的脈沖激光沿傳感光纖傳輸，同時不斷產(chǎn)生向后傳輸?shù)娜鹄⑸涔?，且這些瑞利散射光發(fā)生多光束干涉。當(dāng)傳感光纖受到外界的振動干擾時，背向的瑞利散射光相位會發(fā)生變化，并引起多光束干涉的強度分布發(fā)生變化。光電轉(zhuǎn)換裝置探測到這些干涉光強度分布的變化，并解調(diào)為振動信號。這就是DVS能探測外界振動的原因。

脈沖激光沿光纖傳輸時會逐漸衰減，導(dǎo)致返回的瑞利散射光強度隨傳輸距離增大而逐漸減弱。當(dāng)傳輸距離增大到一極限值時，返回的瑞利散射光強度十分微弱，以至于無法和背景噪聲區(qū)分開，則此距離的振動信號無法被探測到。因此，目前行業(yè)內(nèi)的同類產(chǎn)品的單通道有效探測距離基本都在25公里以內(nèi)。

而對于某些大范圍、長距離的工程項目，這一有效探測距離難以滿足應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于增加分布式光纖振動傳感系統(tǒng)探測距離的拉曼放大器，能增加分布式光纖振動傳感系統(tǒng)探測距離。

為了解決上述問題，本實用新型是通過以下方案實現(xiàn)的：一種用于增加分布式光纖振動傳感系統(tǒng)探測距離的拉曼放大器, 包括拉曼放大器，其特征在于分布式光纖振動傳感系統(tǒng)包括脈沖光源，所述脈沖光源與環(huán)路器的第一端連接，環(huán)路器的第二端與第一合波器的輸出端連接，所述拉曼放大器與第一合波器的一個輸入端連接，第一合波器的另一輸入端與測試光纜連接，環(huán)路器的第三端則依次與摻鉺光纖放大器、濾波器、可調(diào)光衰減器模塊和APD電路連接，所述拉曼放大器包括第二合波器，所述第二合波器的輸入端與若干個大功率半導(dǎo)體泵浦光源的輸出端連接，第二合波器的輸出端與第一合波器的輸入端連接。

根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，第二合波器與測試光纜之間還設(shè)有隔離器。

根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，所述測試光纜的長度優(yōu)選為40~50km。

根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，所述脈沖光源包括依次連接的連續(xù)波激光源、聲光調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、濾波器，所述濾波器的輸出端與環(huán)路器連接。

本實用新型通過合波器將拉曼放大器融合到傳感光纖中，因受激拉曼散射和入射光的傳輸方向無關(guān)，故傳感光纖中的脈沖激光和反向瑞利散射光都得到分布式放大。本實用新型通過拉曼放大器對光纖中傳輸?shù)墓庑盘枏姸茸龇植际椒糯?，以此補償光信號的傳輸衰減，從而增加DVS的有效探測距離。在長距離的工程項目（如石油管線、高鐵沿線防入侵）應(yīng)用時，單個DVS的探測距離越大，工程需要的DVS主機數(shù)量越少。從而能夠降低設(shè)備成本，以及施工和維護成本。

本實用新型的優(yōu)點在于將拉曼放大器集成到原有DVS系統(tǒng)中，顯著提高了系統(tǒng)的有效探測距離；拉曼放大器為模塊式，易于集成，且系統(tǒng)其它部分均保持不變，因而改動成本小，技術(shù)風(fēng)險低；改進后的光學(xué)系統(tǒng)對信號光做分布式放大，有助于抑制光纖中的各種非線性效應(yīng)，從而提高系統(tǒng)的信噪比。

附圖說明

圖1為拉曼放大器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型改進后的DVS光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。

圖3為DVS沒集成拉曼放大器時探測到的振動信號圖。

圖4為DVS集成拉曼放大器之后探測到的振動信號圖。

具體實施方式

拉曼放大器的主要組成有：大功率半導(dǎo)體泵浦光源(LD)、合波器(WDM)、隔離器(ISO)等。圖1為拉曼放大器結(jié)構(gòu)示意圖。所述拉曼放大器包括第一合波器，所述第一合波器的輸入端與若干個大功率半導(dǎo)體泵浦光源的輸出端連接，第一合波器的輸出端與第二合波器的輸入端連接，第二合波器的輸入端與光纖信號輸入端連接，第二合波器的輸出端為信號輸出端，所述光纖信號輸入端還設(shè)置有隔離器。

在光學(xué)介質(zhì)中，波長較短的泵浦光將一小部分入射功率轉(zhuǎn)移到另一波長較長的光束，二者波長之差由介質(zhì)的振動模式?jīng)Q定，這一過程稱為受激拉曼散射效應(yīng)。在量子力學(xué)中，這一過程可以描述為入射光波的一個光子被介質(zhì)分子散射為另一個低頻光子，稱為斯托克斯波(Stokes)的頻移光，剩余的能量被介質(zhì)以分子振動（光學(xué)聲子）的形式吸收，完成振動態(tài)之間的躍遷。或者一個光子吸收一個聲子，產(chǎn)生另一個高頻光子，稱為反斯托克斯光波(anti-Stokes)。

拉曼放大器利用受激拉曼散射效應(yīng)，將波長較短的泵浦光的一部分能量轉(zhuǎn)移到光纖中傳輸?shù)男盘柟?，以抵消光纖本身造成的信號光衰減。

拉曼放大器以傳輸光纖為增益介質(zhì)，對信號光分布式放大，具有結(jié)構(gòu)簡單，易與現(xiàn)有系統(tǒng)相融合等優(yōu)點。與摻鉺光纖放大器（EDFA）等分立式集中放大形式不同，分布式放大可最大限度抑制光纖中的各種非線性現(xiàn)象，降低系統(tǒng)噪聲。

圖2為一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng), 分布式光纖振動傳感系統(tǒng)包括依次連接的連續(xù)波激光源1、聲光調(diào)制器2、摻鉺光纖放大器3、濾波器4，所述濾波器4的輸出端與環(huán)路器6的第一端連接，其特征在于環(huán)路器6的第二端與第一合波器7的輸出端連接，第一合波器7的一個輸入端與拉曼放大器8連接，第一合波器7的另一輸入端外接40~60公里長的測試光纜9，環(huán)路器6的第三端則依次與摻鉺光纖放大器10、濾波器11、可調(diào)光衰減器模塊12和APD電路13連接。APD為雪崩光電二極管，本實用新型中各模塊為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

本實用新型通過合波器將拉曼放大器融合到傳感光纖中，因受激拉曼散射和入射光的傳輸方向無關(guān)，故傳感光纖中的脈沖激光和反向瑞利散射光都得到分布式放大。

在集成拉曼放大器前后，對DVS系統(tǒng)做了如下測試：單通道接入近41公里長的一卷傳感光纖（裸光纖），輕輕拍打這一卷傳感光纖，則整個通道41公里長的范圍都產(chǎn)生了振動，用DVS配套軟件觀察振動信號（能量曲線圖）。

圖3顯示了在沒集成拉曼放大器時的整個通道的振動信號（圖中空間分辨率為10m/Point，因此4000 Points對應(yīng)長度距離為40公里），可以看到DVS探測較遠端的振動信號十分微弱。這種情況下，遠端的入侵事件難以被探測到。

圖4 顯示了在相同測試條件下，DVS系統(tǒng)集成了拉曼放大器之后探測到的振動信號。對比圖3可以看到，此時遠端的振動信號有了顯著增強，說明信號光在整個41公里長的光纖中傳輸時沒有明顯減弱，即拉曼放大器補償了光纖造成的衰減。這種情況下，系統(tǒng)很容易探測到通道遠端發(fā)生的入侵事件。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認(rèn)定本實用新型具體實施只局限于上述這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護范圍。