一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置， 具體是一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光且可進(jìn)行相干檢測(cè)的布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用光纖中的布里淵非線性效應(yīng)進(jìn)行分布式光纖傳感已經(jīng)得到了幾十年的廣泛 研宄。該技術(shù)的核心在于光纖的布里淵頻移與光纖的溫度及形變（應(yīng)力）線性相關(guān)，可通 過求解布里淵頻移來實(shí)現(xiàn)溫度及應(yīng)力的傳感。為了得到布里淵頻移，脈沖泵浦光和連續(xù)探 測(cè)光會(huì)從光纖的兩端分別注入，可通過改變連續(xù)探測(cè)光的頻率來掃描布里淵增益區(qū)間從而 獲得布里淵增益譜，并進(jìn)一步通過洛倫茲擬合來獲得布里淵頻移。傳統(tǒng)的方法中，布里淵增 益譜通過直接探測(cè)探測(cè)光的強(qiáng)度來獲得。但是，由于基帶噪聲的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)信噪比低， 需要多次平均來提高從而降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。為了提高信噪比，相干探測(cè)技術(shù)被應(yīng)用于 布里淵光纖傳感系統(tǒng)中，將低功率的探測(cè)信號(hào)與高功率的本地信號(hào)同時(shí)送入光電探測(cè)器， 利用相干檢測(cè)提高信噪比，成為了脈沖編碼以及拉曼放大技術(shù)之外的另一個(gè)提高系統(tǒng)信噪 比的方法。A.Zornoza及X.Angulo-Vinuesa所在的課題組提出的利用相位調(diào)制及我們課題 組提出了利用強(qiáng)度調(diào)制和相位調(diào)制同時(shí)產(chǎn)生探測(cè)光和本地光的方法，都大幅度地提高信噪 比。但這些方法都是基于雙邊帶調(diào)制，對(duì)光纖的色散及自相位調(diào)制效應(yīng)很敏感，會(huì)帶來相位 到強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換以及功率衰落，從而惡化布里淵增益譜，并降低系統(tǒng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相 干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置。將光源產(chǎn)生的光載波分為兩路，其中一路被電脈沖驅(qū)動(dòng)的 聲光調(diào)制器外調(diào)制，產(chǎn)生脈沖泵浦光，該脈沖泵浦光相對(duì)于光載波有200MHz的上頻移；另 外一路被10~11GHz的微波信號(hào)通過工作在線性工作點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制產(chǎn)生兩 個(gè)一階邊帶，并通過濾波器濾除上邊帶實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制，且下邊帶和載頻光分別作為系統(tǒng) 的探測(cè)光和本地光。探測(cè)光與泵浦光在光纖中相互作用后，探測(cè)光與本地光同時(shí)送入光電 探測(cè)器進(jìn)行相干檢測(cè)，并通過對(duì)數(shù)檢波器解調(diào)二者之間拍頻信號(hào)的包絡(luò)來重構(gòu)布里淵增益 譜進(jìn)而解調(diào)出所需的溫度及應(yīng)力信息。
[0004] 本發(fā)明的目的是基于如下方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置，可調(diào)諧光源1輸 出中心頻率為fQ的光載波通過50:50光耦合器后分為兩條光路，一路通過脈沖信號(hào)發(fā)生器 3驅(qū)動(dòng)的聲光調(diào)制器4外調(diào)制產(chǎn)生脈沖光后經(jīng)第一摻鉺光纖放大器5放大，再經(jīng)光濾波器 6、光環(huán)形器7進(jìn)入傳感光纖14 ;另一路經(jīng)過偏振控制器8后被微波信號(hào)合成器9產(chǎn)生的微 波信號(hào)通過工作在線性工作點(diǎn)電光強(qiáng)度調(diào)制器10外調(diào)制，經(jīng)光濾波器11、擾偏器12和光隔 離器13送入傳感光纖14 ;光環(huán)形器7與第二摻鉺光纖放大器15、光電探測(cè)器16光路順序 相連；光電探測(cè)器16、微波下變頻器17、對(duì)數(shù)檢波器18及數(shù)據(jù)采集終端電信號(hào)連接，以構(gòu)建 布里淵增益-幅度三維圖，并在傳感光纖的不同位置處通過洛倫茲擬合解調(diào)出溫度和應(yīng)力 信息。
[0006] 探測(cè)光與泵浦光在光纖中相互作用后到達(dá)光電探測(cè)器16的光場(chǎng)表達(dá)式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置，其特征在于，可調(diào) 諧光源（1)輸出中心頻率為fQ的光載波通過50:50光耦合器（2)后分為兩條光路，一路通 過脈沖信號(hào)發(fā)生器（3)驅(qū)動(dòng)的聲光調(diào)制器（4)外調(diào)制產(chǎn)生脈沖光后經(jīng)第一摻鉺光纖放大器 (5)放大，再經(jīng)光濾波器（6)、光環(huán)形器（7)進(jìn)入傳感光纖（14);另一路經(jīng)過偏振控制器（8) 后被微波信號(hào)合成器（9)產(chǎn)生的微波信號(hào)通過工作在線性工作點(diǎn)電光強(qiáng)度調(diào)制器（10)外 調(diào)制，經(jīng)光濾波器（11)、擾偏器（12)和光隔離器（13)送入傳感光纖（14);光環(huán)形器（7)與 第二摻鉺光纖放大器（15)、光電探測(cè)器（16)光路順序相連；光電探測(cè)器（16)、微波下變頻 器（17)、對(duì)數(shù)檢波器（18)，數(shù)據(jù)采集終端電信號(hào)連接，以構(gòu)建布里淵增益-幅度三維圖，并 在傳感光纖的不同位置處通過洛倫茲擬合解調(diào)出溫度和應(yīng)力信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置， 其特征在于，所述微波信號(hào)合成器（9)的輸出信號(hào)頻率&從IOGHz到12GHz可調(diào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置， 其特征在于，所述微波下變頻器將光電探測(cè)器（16)輸出的10~12GHz的微波信號(hào)下變頻 為1~2GHz的射頻信號(hào)。
4. 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述之傳感裝置的基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí) 域分析傳感方法，在電腦中構(gòu)建布里淵增益-幅度三維圖，并在傳感光纖的不同位置處通 過洛倫茲擬合解調(diào)出溫度和應(yīng)力信息，其特征在于，脈沖泵浦光和連續(xù)探測(cè)光共用一個(gè)光 源，且采用具有移頻功能的聲光調(diào)制器產(chǎn)生脈沖泵浦光： 光載波通過50:50光耦合器分為兩路：一路被脈沖信號(hào)發(fā)生器（3)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通 過聲光調(diào)制器（4)外調(diào)制后產(chǎn)生脈沖光，該脈沖光先被摻鉺光纖放大器（5)放大后被光濾 波器（6)濾除ASE噪聲作為脈沖泵浦光并通過光環(huán)形器（7)進(jìn)入傳感光纖（14);另一路經(jīng) 過偏振控制器（8)后被微波信號(hào)合成器（9)產(chǎn)生的微波信號(hào)通過電光強(qiáng)度調(diào)制器（10)外 調(diào)制后輸出光信號(hào)只保留頻率分量f〇及fcrfs;單邊帶調(diào)制信號(hào)經(jīng)過擾偏器（12)的偏正態(tài) 快速擾動(dòng)后，通過光隔離器（13)送入傳感光纖（14)，其中&分量作為系統(tǒng)的本地光，f^fs 分量作為系統(tǒng)的探測(cè)光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述之一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感 方法，其特征在于，即可以由工作在線性工作點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器與光濾波器組合產(chǎn)生單 邊帶調(diào)制探測(cè)光，也可以由雙臂馬赫曾德爾或雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器單獨(dú)產(chǎn)生。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單邊帶調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感裝置。在該裝置中，泵浦光由電脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制光載波產(chǎn)生，本地光和探測(cè)光由兩步獲得：1)由微波信號(hào)(10～12GHz可調(diào)諧)驅(qū)動(dòng)工作在線性工作點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制同頻光載波產(chǎn)生兩個(gè)邊帶；2)濾除上邊帶保留下邊帶(探測(cè)光)和光載波(本地光)。與泵浦光在光纖中相互作用后，探測(cè)光與本地光通過光電探測(cè)器拍頻，將布里淵增益譜信息加載到10～12GHz的高頻載波上來避免基帶噪聲損傷，同時(shí)利用相干檢測(cè)提高了整個(gè)裝置的信噪比。布里淵增益譜信息被對(duì)數(shù)檢波器解調(diào)，進(jìn)一步通過對(duì)布里淵增益譜洛倫茲擬合來求解溫度及應(yīng)變信息。
【IPC分類】G01D21-02
【公開號(hào)】CN104819741
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510198663
【發(fā)明人】閆連山, 李宗雷, 邵理陽, 張志勇, 潘煒, 羅斌
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日