專利名稱：長(zhǎng)光纖中的光脈沖放大的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于放大光纖中的光脈沖的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如果通過(guò)長(zhǎng)光纖來(lái)傳輸光脈沖，則由于反射、散射和/或通過(guò)光纖發(fā)射并且由環(huán)繞光纖的反射涂層反射的光子的吸收，光脈沖的強(qiáng)度被逐漸降低。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO 02/13423公開(kāi)了一種借助于通常被稱為拉曼泵(Raman pump)信號(hào)的多個(gè)放大信號(hào)來(lái)放大衰減的信號(hào)的方法。已知的放大方法通常被稱為拉曼泵激，它使用具有低于衰減的光脈沖的波長(zhǎng)的泵信號(hào)，并且所述泵信號(hào)同時(shí)和連續(xù)地隨同信號(hào)光脈沖一起傳送到光纖中，使得在一段光纖(介于1和數(shù)百公里之間)上，(各)泵信號(hào)與衰減的光脈沖交互作用，同時(shí)所激發(fā)的拉曼散射放大衰減的信號(hào)。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO 00/65698公開(kāi)了一種寬帶拉曼放大器，其中，至少3個(gè)泵源在彼此隔開(kāi)的不同泵波長(zhǎng)上提供泵功率，使得在所述光纖部分中產(chǎn)生一個(gè)規(guī)定的拉曼增益分布。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO 02/084819公開(kāi)了一個(gè)使用多個(gè)激光器組，在光信號(hào)波長(zhǎng)的選定范圍內(nèi)提供期望的例如平坦的增益分布的光學(xué)放大系統(tǒng)。
由Kee等人于1998年3月1日在《Optics Letters》雜志第23卷第5期上發(fā)表的題為《Extended-range optical timedomain-reflectometry(ODTR，optical time domain reflectometry)system at 1650 nm based on delayed Raman amplification》的論文公開(kāi)了一種利用1530納米泵脈沖對(duì)1650納米信號(hào)脈沖進(jìn)行的延遲拉曼放大，使得當(dāng)兩個(gè)脈沖重疊時(shí)發(fā)生放大，并且由所述脈沖之間的初始延遲和光纖色散來(lái)確定發(fā)生放大的位置。
由于光纖中的激發(fā)布里淵散射(SBS，Stimulated BrillouinScattering)，使得當(dāng)前可得到的基于光學(xué)時(shí)域反射計(jì)的傳感技術(shù)在所發(fā)射的光脈沖輸出功率方面受到限制。如果在光纖中，泵或信號(hào)光超出一定的功率電平，則光纖的密度改變，從而觸發(fā)激發(fā)布里淵散射，由此使得大部分的光反射回到它來(lái)到的方向。激發(fā)布里淵散射效應(yīng)限制已知傳感系統(tǒng)的最大范圍。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種能緩解這些限制的拉曼放大方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是，當(dāng)信號(hào)電平已經(jīng)降低時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)程放大/補(bǔ)償光纖損耗，借助于光纖中的拉曼放大來(lái)擴(kuò)展脈沖傳感系統(tǒng)的范圍，使得激發(fā)布里淵散射被減輕。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于放大光纖中的光脈沖的方法，其中，在光脈沖進(jìn)入具有色散的光纖之后的選定時(shí)間間隔發(fā)送波長(zhǎng)比光脈沖短的拉曼泵信號(hào)，所述色散使得拉曼泵信號(hào)在光纖中行進(jìn)得比光脈沖更快，并且在光脈沖已經(jīng)在光纖中行進(jìn)了選定距離之后到達(dá)并增強(qiáng)光脈沖，其中，所述拉曼泵信號(hào)以基本上線性的方式被逐漸增大，使得放大率隨著光脈沖沿光纖長(zhǎng)度行進(jìn)的距離而增加，并使得拉曼增益基本上與被放大信號(hào)的光纖損耗相似。
當(dāng)用于本說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書時(shí)，術(shù)語(yǔ)“色散”表示光纖中的光速對(duì)于不同波長(zhǎng)是不同的。術(shù)語(yǔ)“色散”也被稱為材料色散，并且是纖芯的折射率對(duì)于不同波長(zhǎng)不同的物理效應(yīng)的結(jié)果，因此，不同光譜分量(波長(zhǎng))將以不同速度沿光纖長(zhǎng)度傳播。
所述拉曼泵信號(hào)的波長(zhǎng)可以處于50和250納米之間，低于光脈沖的波長(zhǎng)，并且所述光脈沖的波長(zhǎng)可以處于1400和1700納米之間，所述拉曼泵信號(hào)(RPS，Raman pump signal)以基本上為線性的方式，從距離d1處的A1＝S1+RPSmin增加到距離d2＞d1處的A2＝S+RPSmax，上述距離從光脈沖被發(fā)送到光纖之點(diǎn)起算。
所述拉曼泵信號(hào)在光脈沖之后的這樣一個(gè)時(shí)間間隔被發(fā)送，并且具有這樣一個(gè)短于光脈沖的波長(zhǎng)，使得所述拉曼泵信號(hào)在光纖中的這樣一點(diǎn)到達(dá)光脈沖，該點(diǎn)位于從光脈沖和拉曼泵信號(hào)被發(fā)送到光纖之點(diǎn)起算1和10公里之間的距離。
所述拉曼泵信號(hào)可以被逐漸增大，使得借助于拉曼泵信號(hào)的光脈沖的總增益在1和100公里之間的距離實(shí)現(xiàn)，上述距離從所述拉曼泵信號(hào)已經(jīng)到達(dá)所述光脈沖之點(diǎn)起算。
可選地，所述拉曼泵信號(hào)包含多個(gè)拉曼泵激波長(zhǎng)，并且被用來(lái)放大光脈沖和當(dāng)它們?cè)诠饫w中傳播時(shí)放大所述光脈沖的部分拉曼泵信號(hào)。在這種情況下，不同波長(zhǎng)的拉曼泵信號(hào)以不同速度行進(jìn)，并且在不同的時(shí)間/位置重疊。在這種情況下，最好不同泵源之間的間隔從30納米到200納米。
根據(jù)本發(fā)明用于放大光纖中的光脈沖的系統(tǒng)包括拉曼泵信號(hào)發(fā)送器，用于在所述光脈沖進(jìn)入光纖之后的選定時(shí)間間隔發(fā)送波長(zhǎng)短于光脈沖的拉曼泵信號(hào)，使得拉曼泵信號(hào)在光纖中行進(jìn)得比光脈沖更快，并且在光脈沖已經(jīng)在光纖中行進(jìn)了選定距離之后到達(dá)并增強(qiáng)所述光脈沖，其中，所述拉曼泵信號(hào)被逐漸增大，使得累積放大率隨著光脈沖沿光纖的長(zhǎng)度行進(jìn)的距離而增加。
可選地，所述系統(tǒng)被配置用于擴(kuò)展行進(jìn)時(shí)間反映沿光纖的位置的脈沖系統(tǒng)的到達(dá)距離。
所述脈沖系統(tǒng)可以是一個(gè)脈沖傳感系統(tǒng)，諸如基于瑞利背向散射(Rayleigh backscattering)的光學(xué)時(shí)域反射計(jì)(ODTR)系統(tǒng)、基于布里淵后向散射(Brillouin backscattering)的應(yīng)變和/或溫度傳感系統(tǒng)、基于拉曼后向散射(Raman backscattering)的溫度傳感系統(tǒng)、干涉法布里-珀羅(Fabry-Perot)型傳感系統(tǒng)、和/或基于光纖布拉格光柵(FBG，F(xiàn)iber Bragg gratings)的直接波長(zhǎng)檢測(cè)系統(tǒng)。
通過(guò)所附的權(quán)利要求書、摘要和根據(jù)本發(fā)明并參照于附圖的方法與系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的下列詳細(xì)說(shuō)明，將使根據(jù)本發(fā)明的方法與系統(tǒng)的這些和其它特征、實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯。


圖1簡(jiǎn)略地表示一根光纖，通過(guò)上述光纖發(fā)送光脈沖和逐漸增強(qiáng)的拉曼泵信號(hào)，使得當(dāng)光脈沖沿光纖長(zhǎng)度行進(jìn)時(shí)，以逐漸增大的方式放大所述光脈沖。
具體實(shí)施例方式
圖1簡(jiǎn)略地表示一根光纖1，脈沖光信號(hào)S以速度v1在其中行進(jìn)，在所述脈沖光信號(hào)S已經(jīng)被發(fā)送到光纖1的一端1A之后的選定時(shí)間間隔，逐漸增大的拉曼泵信號(hào)RPS被發(fā)送到所述光纖的所述端1A。脈沖光信號(hào)S的波長(zhǎng)典型地介于15和16μm之間，并且拉曼泵信號(hào)RPS的波長(zhǎng)典型地介于14和15μm之間。由于拉曼泵信號(hào)RPS的波長(zhǎng)比脈沖光信號(hào)S短，所以它在光纖1中行進(jìn)的速度比脈沖光信號(hào)S快，即v2＞v1，因此，拉曼泵信號(hào)RPS在距離d1處到達(dá)脈沖光信號(hào)S，上述距離從光纖1的第一端1A起算。
根據(jù)本發(fā)明，拉曼泵信號(hào)RPS被逐漸增大，使得拉曼泵信號(hào)RPS的強(qiáng)度沿逐漸增大部分RPSR的長(zhǎng)度從RPSmin增加到RPSmax。
因此，當(dāng)拉曼泵信號(hào)RPS在從光纖1的第一端1A起算的距離d1處到達(dá)脈沖光信號(hào)S時(shí)，所述拉曼泵信號(hào)RPS僅具有其最小強(qiáng)度RPSmin，并且相對(duì)強(qiáng)的光信號(hào)S1僅在最小程度上被放大，它被表示為A1＝S1+RPSmin。
從這一點(diǎn)開(kāi)始，拉曼泵信號(hào)將以等于沿光纖長(zhǎng)度分布的光纖損耗的基本上線性的方式連續(xù)地放大信號(hào)S1。
在距離d2處，所述脈沖光信號(hào)在強(qiáng)度上已經(jīng)得以保持，并且由于光纖損耗和泵信號(hào)的能量轉(zhuǎn)移，使得拉曼泵信號(hào)RPS已經(jīng)被減弱。拉曼泵信號(hào)將具有這樣一種強(qiáng)度，使得得到的信號(hào)增益等于光纖損耗。
使用逐漸增大的拉曼泵信號(hào)RPS使信號(hào)電平在d1和d2之間的區(qū)域內(nèi)保持低于激發(fā)布里淵散射(SBS，Stimulated BrillouinScattering)閾值，使得光纖光學(xué)傳感系統(tǒng)(諸如ODTR系統(tǒng)，在其中，光纖1被用作光纖光學(xué)傳感器)的動(dòng)態(tài)范圍和到達(dá)距離增加。
權(quán)利要求
1.一種用于放大光纖中的光脈沖的方法，其中，在光脈沖進(jìn)入具有色散的光纖之后的選定時(shí)間間隔，發(fā)送波長(zhǎng)比光脈沖短的拉曼泵信號(hào)，所述色散使得拉曼泵信號(hào)在光纖中行進(jìn)得比光脈沖更快，并且在光脈沖已經(jīng)在光纖中行進(jìn)選定距離之后到達(dá)并增強(qiáng)所述光脈沖，其中，所述拉曼泵信號(hào)以基本上線性的方式被逐漸增大，使得累積放大率隨著光脈沖沿光纖長(zhǎng)度行進(jìn)的距離而增加，并使得拉曼增益基本上與被放大信號(hào)的光纖損耗相似。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號(hào)的波長(zhǎng)在50和250納米之間，低于光脈沖的波長(zhǎng)，并且拉曼泵信號(hào)(RPS)以基本上線性的方式從距離d1處的A1＝S1+RPSmin增加到距離d2＞d1處的A2＝S+RPSmax，上述距離從光脈沖被發(fā)送到光纖之點(diǎn)起算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述光脈沖的波長(zhǎng)在1400和1700納米之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號(hào)在光脈沖之后的一個(gè)時(shí)間間隔被發(fā)送，并且具有短于光脈沖的波長(zhǎng)，使得所述拉曼泵信號(hào)在光纖中的這樣一點(diǎn)到達(dá)光脈沖，該點(diǎn)位于1和10公里之間的距離，上述距離從光脈沖和拉曼泵信號(hào)已經(jīng)被發(fā)送到光纖之點(diǎn)起算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號(hào)被逐漸增大，使得在1和100公里之間的距離實(shí)現(xiàn)借助于拉曼泵信號(hào)的光脈沖的總增益，上述距離從拉曼泵信號(hào)已經(jīng)到達(dá)光脈沖之點(diǎn)起算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號(hào)包含多個(gè)拉曼泵激波長(zhǎng)，并且被用來(lái)放大光脈沖和當(dāng)它們?cè)诠饫w中傳播時(shí)放大所述光脈沖的部分拉曼泵信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，不同波長(zhǎng)的拉曼泵信號(hào)以不同速度行進(jìn)，并且在不同時(shí)間/位置重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，不同泵源之間的間隔從30納米到200納米。
9.一個(gè)用于放大光纖中的光脈沖的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)拉曼泵信號(hào)發(fā)送器，用于在所述光脈沖進(jìn)入光纖后的選定時(shí)間間隔發(fā)送波長(zhǎng)比光脈沖短的拉曼泵信號(hào)，使得拉曼泵信號(hào)在光纖中行進(jìn)得比光脈沖更快，并且在光脈沖已經(jīng)在光纖中行進(jìn)了選定距離之后到達(dá)并增強(qiáng)所述光脈沖，其中，所述拉曼泵信號(hào)被逐漸增大，使得放大率隨著光脈沖沿光纖長(zhǎng)度行進(jìn)的距離而增加。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被配置用于擴(kuò)展行進(jìn)時(shí)間反映沿光纖的位置的脈沖系統(tǒng)的到達(dá)距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所述脈沖系統(tǒng)是一個(gè)脈沖傳感系統(tǒng)，諸如基于瑞利后向散射的光學(xué)時(shí)域反射計(jì)(ODTR)系統(tǒng)、基于布里淵后向散射的應(yīng)變和/或溫度傳感系統(tǒng)、基于拉曼后向散射的溫度傳感系統(tǒng)、干涉法布里-珀羅型傳感系統(tǒng)、和/或基于光纖布拉格光柵的直接波長(zhǎng)檢測(cè)系統(tǒng)。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于放大光纖(1)中的光脈沖(S)的方法，其中，在光脈沖(S)進(jìn)入具有色散的光纖(1)的一端(1A)之后的選定時(shí)間間隔發(fā)送波長(zhǎng)比光脈沖(S)短的拉曼泵信號(hào)(RPS)，所述色散使得拉曼泵信號(hào)在光纖(1)中行進(jìn)得比光脈沖(S)更快，在光脈沖已經(jīng)在光纖中行進(jìn)選定距離(d
文檔編號(hào)H04B10/291GK1981412SQ200580022862
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者卡里·麥克歐·賈阿斯克來(lái)尼 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司