基于自動(dòng)電平控制的自發(fā)布里淵散射信號(hào)提取裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于自動(dòng)電平控制的自發(fā)布里淵散射信號(hào)提取裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，所報(bào)道的基于自發(fā)布里淵散射信號(hào)的提取方法主要有兩類，外差檢測(cè)和直接檢測(cè)。外差檢測(cè)方案具有信噪比高、不受光源頻率漂移的影響等優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本非常高?；诜ú祭?珀羅干涉儀(F-P干涉儀)的直接檢測(cè)方法插入損耗較大，超過1dB，對(duì)本來就很微弱的布里淵散射信號(hào)檢測(cè)不利。后來出現(xiàn)了包括本作者在內(nèi)的研究人員設(shè)計(jì)的采用馬赫一曾德干涉儀(MZI)提取布里淵散射信號(hào)的方法，其具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。
[0003]用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)3dB光纖耦合器及其光纖臂連接而成光纖MZI，其中一個(gè)光纖臂上纏繞圓筒形壓電陶瓷，使兩臂間引入一定長度差。并在壓電陶瓷兩個(gè)電極施加一定的直流電壓，通過調(diào)節(jié)該直流電壓，圓筒壓電陶瓷直徑產(chǎn)生變化，纏繞在其上的光纖長度產(chǎn)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)MZI兩個(gè)臂的光程差的調(diào)節(jié)。當(dāng)在MZI—個(gè)輸入端輸入兩個(gè)頻率分別為Π和f2的光波時(shí)，如果二者的頻差A(yù)f與光纖MZI自由程(FSR)滿足關(guān)系式:
[0004]Af=(k+1/2)FSR
[0005]則調(diào)節(jié)光纖MZI兩臂之間長度差可使兩種不同頻率的光波在第二個(gè)耦合器兩個(gè)不同端口輸出。
[0006]光纖中的布里淵散射是光波和聲波在光纖中傳播時(shí)相互作用而產(chǎn)生的非線性散射光，布里淵散射的斯托克斯光與反斯托克斯光頻率相對(duì)于入射光頻率(等于瑞利散射光頻率)產(chǎn)生一個(gè)布里淵頻移。這樣，布里淵散射和瑞利散射兩種頻率不同的光波入射到光纖MZI，經(jīng)過壓電陶瓷調(diào)節(jié)兩臂光程差，可以使布里淵散射和瑞利散射從不同端口輸出，在輸出端口加入隔離器，使布里淵散射通過，瑞利散射得到抑制，布里淵散射信號(hào)通過隔離器后再次通過光纖MZI，對(duì)瑞利散射進(jìn)一步抑制，最終輸出高純的布里淵散射信號(hào)。
[0007]現(xiàn)有基于光纖MZI的布里淵散射信號(hào)提取裝置靠手動(dòng)調(diào)節(jié)壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓，獲得對(duì)瑞利散射的最佳抑制，提取布里淵散射信號(hào)。由于布里淵散射信號(hào)與瑞利散射信號(hào)之間的頻率間隔約為IlGHz左右，相對(duì)于光波頻率來說距離非常近，光源信號(hào)頻率隨著環(huán)境溫度的變化不斷漂移，并且光纖MZI本身對(duì)環(huán)境也非常敏感，使得對(duì)瑞利散射的抑制不穩(wěn)定，需要邊觀測(cè)邊調(diào)節(jié)，應(yīng)用非常不便，只能用于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)用化程度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于自動(dòng)電平控制的自發(fā)布里淵散射信號(hào)提取裝置及方法，本發(fā)明通過在光纖MZI中引入自動(dòng)電平控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)瑞利散射抑制的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使布里淵散射信號(hào)提取過程自動(dòng)化，穩(wěn)定可靠，便于將技術(shù)產(chǎn)品化。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種基于自動(dòng)電平控制的自發(fā)布里淵散射信號(hào)提取裝置，包括第一光纖耦合器和第二光纖耦合器，其中，第一光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別對(duì)應(yīng)連接第二光纖耦合器的兩個(gè)輸入端，形成兩個(gè)光纖臂，構(gòu)成光纖馬赫-曾德干涉儀，壓電陶瓷纏繞于一個(gè)光纖臂上，使兩光纖臂間存在長度差，第二光纖耦合器的瑞利散射信號(hào)輸出端連接有第三光纖耦合器，布里淵散射信號(hào)輸出端連接隔離器，所述第三光纖耦合器的輸出端連接光電探測(cè)器，將瑞利散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電探測(cè)器連接對(duì)數(shù)放大器，使電信號(hào)具有更大的增益，對(duì)數(shù)放大器的輸出端連接積分器，對(duì)放大的電信號(hào)和參考電平進(jìn)行誤差積分，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大器使輸出信號(hào)達(dá)到壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓范圍，對(duì)兩光纖臂的光程差進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011 ]所述隔離器使布里淵散射信號(hào)通過，抑制瑞利散射信號(hào)。
[0012]所述壓電陶瓷為圓筒形壓電陶瓷，使兩光纖臂間引入一定長度差。
[0013]進(jìn)一步的，所述壓電陶瓷兩個(gè)電極施加一定的直流電壓，通過調(diào)節(jié)該直流電壓，圓筒壓電陶瓷直徑產(chǎn)生變化，纏繞在其上的光纖長度產(chǎn)生變化，調(diào)節(jié)兩個(gè)光纖臂的光程差。
[0014]所述第一光纖耦合器的輸入端輸入的信號(hào)包括兩個(gè)頻率，且兩者的頻率差A(yù)f與光纖馬赫-曾德干涉儀的自由程FSR滿足:Δ f = (k+1 /2) FSR，k為整數(shù)。
[0015]所述輸入信號(hào)經(jīng)過第二光纖耦合器，布里淵散射信號(hào)和瑞利散射信號(hào)分別通過兩個(gè)不同的輸出口輸出。
[0016]所述參考電平設(shè)置為能夠使瑞利散射處于最小的電平值。
[0017]一種基于自動(dòng)電平控制的自發(fā)布里淵散射信號(hào)提取方法，具體為:第一光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別對(duì)應(yīng)連接第二光纖親合器的兩個(gè)輸入端，形成兩個(gè)光纖臂，構(gòu)成光纖馬赫-曾德干涉儀，壓電陶瓷纏繞于一個(gè)光纖臂上，使兩光纖臂間存在長度差，使布里淵散射信號(hào)和瑞利散射信號(hào)從第二光纖耦合器的不同端口輸出，瑞利散射信號(hào)經(jīng)過光電檢測(cè)器，將瑞利散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將該信號(hào)進(jìn)行對(duì)數(shù)放大，使瑞利散射微弱時(shí)獲得更大的增益，提高電路處理的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)數(shù)放大器的輸出與參考電平通過積分器對(duì)比較誤差進(jìn)行積分，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大器使輸出信號(hào)達(dá)到壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓范圍，對(duì)兩光纖臂的光程差進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，阻止瑞利散射增大，使布里淵散射輸出信噪比達(dá)到最佳。
[0018]所述第三耦合器、光電探測(cè)器、對(duì)數(shù)放大器、積分器、驅(qū)動(dòng)放大器和光纖馬赫-曾德干涉儀構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路，對(duì)瑞利散射信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)抑制。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020](I)光纖馬赫-曾德干涉儀的輸出端將信號(hào)分為兩路，其中一路瑞利散射信號(hào)經(jīng)光電檢測(cè)后用于對(duì)其的自動(dòng)電平控制，達(dá)到穩(wěn)定獲得布里淵散射信號(hào)最佳信噪比的目的；
[0021](2)瑞利散射信號(hào)經(jīng)耦合器、光電探測(cè)器、對(duì)數(shù)放大器、積分器、驅(qū)動(dòng)放大器和光纖MZI組成負(fù)反饋環(huán)路，對(duì)瑞利散射進(jìn)行自動(dòng)抑制；
[0022](3)參考電平設(shè)置為能夠使瑞利散射處于最小的電平值，這樣，當(dāng)出現(xiàn)由于溫度等環(huán)境變化或激光器本身頻率漂移導(dǎo)致瑞利散射增大時(shí)，自動(dòng)電平控制負(fù)反饋環(huán)路可以自動(dòng)對(duì)MZI兩臂的光程差進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻止瑞利散射增大，達(dá)到穩(wěn)定布里淵散射輸出信噪比的目的。；
[0023](4)通過自動(dòng)電平控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)瑞利散射的自動(dòng)抑制，從而穩(wěn)定的獲得布里淵散射信號(hào)，避免了人工邊觀測(cè)邊調(diào)節(jié)帶來的應(yīng)用困難，使基于自發(fā)布里淵散射的光纖傳感技術(shù)更易于產(chǎn)品化；
[0024](5)通過自動(dòng)檢測(cè)瑞利散射光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓，不需人工邊觀測(cè)邊手動(dòng)調(diào)節(jié)，解決光源頻率漂移及震動(dòng)等影響使得瑞利散射的增大導(dǎo)致布里淵散射信號(hào)提取困難的問題。
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有的基于馬赫曾德干涉儀的布里淵散射信號(hào)提取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]其中:1、光纖親合器，2、壓電陶瓷，3、隔離器，4、驅(qū)動(dòng)放大器，5、積分器，6、對(duì)數(shù)放大器，7、光電探測(cè)器，B, R、輸入信號(hào)，B、布里淵散射信號(hào)，R、瑞利散射信號(hào)，C、參考信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
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[0028]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步