受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖測溫傳感系統(tǒng)是一種以光纖為傳感元件的基于OTDR原理的測溫系統(tǒng)，以其無源、本征安全、量化測溫，對電磁干擾不敏感、誤報率低，使用壽命長，維護成本低等優(yōu)點，在火災(zāi)報警探測、溫度探測等方面應(yīng)用越來越廣泛。在許多實際應(yīng)用中，人們對分布式光纖測溫性能提出了越來越高的要求:測量距離越來越長，響應(yīng)時間越來越迅速，或者探測單元長度越來越短，溫度分辨率越來越高等，這就要求提高分布式光纖傳感系統(tǒng)的信噪比。
[0003]而提高信噪比，一方面可以提高輸出的脈沖信號功率，另一方面可以降低采集系統(tǒng)的光學(xué)的或/和電路的本底噪聲。但是由于后向散射功率只有輸入功率的百萬分之一量級，系統(tǒng)采集到的后向散射信號十分微弱，因此無法通過無限制的降低光電系統(tǒng)的噪聲提高系統(tǒng)信噪比，一旦電路噪聲接近電路元器件的熱噪聲水平就無法繼續(xù)降低。更可行的方法是提高輸出脈沖信號的功率。但是注入到傳感光纖的脈沖功率有一定的閾值，一定超出該閾值，光纖中將產(chǎn)生受激布里淵散射和受激拉曼散射，特別是受激拉曼散射的產(chǎn)生，將導(dǎo)致拉曼型分布式光纖測溫系統(tǒng)在解調(diào)溫度的過程中產(chǎn)生大的誤差，影響系統(tǒng)的測溫精度和實用價值。
[0004]針對受激拉曼散射的產(chǎn)生，有許多方法被提出來。有的方法采用在光纖路徑中侵入，增加光濾波器濾掉部分拉曼信號，使之不在光纖中累加，從而提升受激拉曼散射的產(chǎn)生閾值，提高系統(tǒng)信噪比。但是該方法需要將整條光纖分成若干段，增加了施工難度。而且分段過程中，每段的受激拉曼散射閾值相對于全段并沒有大提升，而增加的光器件將在每個侵入點增加IdB左右甚至更大的信號衰減，基本抵消了分段帶來的閾值提升，因而效果不佳。也有采用在侵入點增加光延遲線，使得拉曼信號與栗浦信號從時間上分開，避免拉曼信號被不斷累加放大的方法。再有一種是采用二芯光纖，一路信號光纖，一路光纖傳輸高功率栗浦，在侵入點再將栗浦信號注入信號光纖，從而從某種程度上提高受激拉曼散射閾值。但是此二種方法與第一種方法同樣存在本身對受激拉曼散射閾值提高不大而增加的光器件又帶入相當大的信號衰減的問題，因此對系統(tǒng)信噪比提升不大。也有一種方法是，采用拉曼放大器對背向拉曼散射信號進行放大。該方法能帶來一定的信噪比提升，但是需要昂貴笨重復(fù)雜的高功率拉曼栗浦，增加施工難度，以及提高了激光器的平均功率，給施工人員帶來了潛在的安全性問題，因此從成本和工程角度大大降低了其實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效果欠佳、成本較高的缺陷，提供一種受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種受激拉曼散射抑制裝置中，包括:
[0007]主激光器，用于輸出主激光脈沖；
[0008]從激光器，用于輸出對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制的從激光脈沖，進而降低所述傳感系統(tǒng)的受激拉曼散射閾值；
[0009]合波波分復(fù)用器，輸入端與所述主激光器和從激光器連接、輸出端經(jīng)由一拉曼波分復(fù)用器連接至傳感光纖，用于將所述主激光脈沖和從激光脈沖進行合波處理后經(jīng)由所述拉曼波分復(fù)用器輸出至所述傳感光纖。
[0010]在本發(fā)明所述的受激拉曼散射抑制裝置中，所述從激光器的從激光脈沖的頻率為所述主激光器的二次拉普頻移頻點。
[0011]在本發(fā)明所述的受激拉曼散射抑制裝置中，所述主激光器和從激光器的功率相等。
[0012]在本發(fā)明所述的受激拉曼散射抑制裝置中，所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產(chǎn)生以沿所述傳感光纖同步傳播。
[0013]本發(fā)明還公開了一種分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括:
[0014]主激光器，用于輸出主激光脈沖；
[0015]從激光器，用于輸出對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制的從激光脈沖，進而降低所述傳感系統(tǒng)的受激拉曼散射閾值，其中，所述主激光器和從激光器的功率相等，所述從激光器的從激光脈沖的頻率為所述主激光器的二次拉普頻移頻點；
[0016]合波波分復(fù)用器，用于將所述主激光脈沖和從激光脈沖進行合波處理后輸出至傳感光纖；
[0017]拉曼波分復(fù)用器，用于將所述合波波分復(fù)用器合波處理后的光信號輸入至所述傳感光纖，以及接收所述傳感光纖反饋的背向散射信號；
[0018]控制與采集系統(tǒng)，用于控制所述主激光脈沖和從激光脈沖的頻率，以及控制所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產(chǎn)生以沿所述傳感光纖同步傳播，以及接收所述拉曼波分復(fù)用器輸出的背向散射信號，并對所述背向散射信號進行采集和分析處理。
[0019]在本發(fā)明所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)中，所述控制與采集系統(tǒng)包括:采集控制單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、光電轉(zhuǎn)換單元；
[0020]所述光電轉(zhuǎn)換單元，用于將接收的背向散射信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；
[0021]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于將接收的電信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出至采集控制單元；
[0022]所述采集控制單元，用于根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的電信號分析解調(diào)出所述傳感光纖中的溫度信號。
[0023]本發(fā)明還公開了一種受激拉曼散射抑制方法，所述方法包括:將主激光器輸出的主激光脈沖和從激光器輸出的從激光脈沖通過合波波分復(fù)用器進行合波處理后輸出至傳感光纖，其中，所述從激光脈沖用于對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制，進而降低所述傳感系統(tǒng)的受激拉曼散射閾值。
[0024]在本發(fā)明所述的受激拉曼散射抑制方法中，所述從激光器的從激光脈沖的頻率為所述主激光器的二次拉普頻移頻點。
[0025]在本發(fā)明所述的受激拉曼散射抑制方法中，所述主激光器和從激光器的功率相等。
[0026]在本發(fā)明所述的受激拉曼散射抑制方法中，所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產(chǎn)生以沿所述傳感光纖同步傳播。
[0027]實施本發(fā)明的受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統(tǒng)，具有以下有益效果:本發(fā)明通過增加一個從激光器和合波波分復(fù)用器，輸入到傳感光纖中的信號同時包括:主激光脈沖和從激光脈沖，從激光脈沖可以對主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制，進而降低傳感系統(tǒng)的受激拉曼散射閾值，從而大大提升系統(tǒng)的受激拉曼散射閾值，提升系統(tǒng)信噪比。進一步的，從激光器被選擇為主激光器的第二拉曼頻移頻點上，當由主激光器激發(fā)的受激拉曼散射開始增長時，此部分光信號會被再次激發(fā)到二次拉曼頻移點，剛好是從激光器所在頻點，從激光器的存在抑制了二次拉曼頻移點受激拉曼散射的增長，同時抑制第一拉曼頻移點受激拉曼散射的增長，從而提高了受激拉曼散射閾值。本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)，而且有效的抑制了受激拉曼散射，從而提高系統(tǒng)信噪比。
【附圖說明】
[0028]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0029]圖1是常規(guī)分布式光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是常規(guī)分布式光纖傳感系統(tǒng)的激光器功率和拉曼散射功率對比圖；
[0032]圖4是本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)的激光器功率和拉曼散射功率對比圖。
【具體實施方式】
[0033]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0034]受激拉曼散射抑制裝置可以用于提高激光傳輸效率，下面以其應(yīng)用于分布式光纖傳感系統(tǒng)進行詳細介紹。首先簡單介紹現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)分布式光纖傳感系統(tǒng)，參考圖1，圖1是常規(guī)分布式光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其工作過程如下:開始采集時，采集控制單元100控制激光器101發(fā)出激光脈沖，該激光脈沖經(jīng)光放大器101后輸入到拉曼波分復(fù)用器103，并輸出到傳感光纖。激光脈沖在傳感光纖107中與硅原子碰撞產(chǎn)生各向散射信號，其中有一部分散射信號沿激光脈沖傳輸方向的反方向傳播，為背向散射信號，該背向散射信號通過傳感光纖傳輸回分布式光纖測溫系統(tǒng)，即通過拉曼波分復(fù)用器103輸出，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換單元103和104、數(shù)模轉(zhuǎn)換器105的信號處理轉(zhuǎn)換后，上傳回饋信號至采集控制單元100，最后解調(diào)出溫度信號提供給用戶使用。該系統(tǒng)在激光脈沖的功率超過一定閾值后會產(chǎn)生受激拉曼散射，該受激拉曼散射會與有用的自發(fā)拉曼散射疊加，導(dǎo)致解調(diào)出的溫度的不可接受的偏差。
[0035]對比，參考圖2，本發(fā)明的具有受激拉曼散射抑制功能的分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括:主激光器11、從激光器12、合波波分復(fù)用器13、拉曼波分復(fù)用器14、控制與采集系統(tǒng)?？刂婆c采集系統(tǒng)具體包括:采集控制單元10、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元16、兩個光電轉(zhuǎn)換單元15。
[0036]控制與采集系統(tǒng)的控制端連接至采集控制單元10，在采集控制單元10的控制下同時輸出激光脈沖。主激光器11和從激光器12的輸出端分別連接至合波波分復(fù)用器13，合波波分復(fù)用器13經(jīng)拉曼波分復(fù)用器14連接至傳感光纖，拉曼波分復(fù)用器14還經(jīng)兩個光電轉(zhuǎn)換單元15連接至數(shù)模轉(zhuǎn)換單元16，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元16連接至采集控制單元10。
[0037]其中，主激光器11，用于輸出主激光脈沖；從激光器12，用于輸出對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制的從激光脈沖，進而降低所述傳感系統(tǒng)的受激拉曼散射閾值；合波波分復(fù)用器13，用于將所述主激光脈沖和從激光脈沖進行合波處理后輸出至拉曼波分復(fù)用器14 ;拉曼波分復(fù)用器14用于將所述合波波分復(fù)用器13合波處理后的光信號輸入至所述傳感光纖，以及將所述傳感光纖反饋的背向散射信號輸出至所述光電轉(zhuǎn)換單元15 ;所述光電轉(zhuǎn)換單元15，用于將接收的背向散射信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元16 ;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元16，用于將接收的電信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出至采集控制單元10 ;所述采集控制單元10，用于根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的電信號分析解調(diào)出所述傳感光纖中的溫度信號。
[0038]其中，所述控制與采集系統(tǒng)還用于:控制所述主激光脈沖和從激光脈沖的頻率，以及控制所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產(chǎn)生以沿所述傳感光纖同步傳播。
[0039]優(yōu)選的，所述從激光器12的從激光脈沖的頻率為所述主激光器11的二次拉普頻移頻點，例如對于主激光器11為1064nm脈沖激光器，次激光器12即可為11