一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种分布式光纤传感领域中的布里渊光时域分析传感系统，具体 是一种基于强度调制探测光且可进行相干检测的布里渊光时域分析传感系统。
【背景技术】
[0002] 基于光纤中后向布里渊散射信号进行温度及应力传感在近几十年来受到广泛 关注。相对于电传感器及光纤光栅传感器而言，其主要优势在于更长的传感距离（可达 l〇〇km)，更高的空间分辨率（可达Icm)以及利用传输光纤本身作为传感器。常见的基于后 向布里渊散射效应的分布式光纤传感技术有布里渊光时域反射传感技术和布里渊光时域 分析传感技术。布里渊光时域反射传感系统结构相对简单，但信噪比较低，布里渊光时域 分析传感系统可以很大程度上提高信噪比，从而实现更长的传感距离。常见的布里渊光时 域分析传感系统往往采用10~IlGHz的微波信号作为扫频信号，并采用直接探测的方式。 带来的问题一是对微波源有较高的要求，二是直接探测信噪比较低。不同于直接探测的方 式，相干探测的方式可以大幅度提高信噪比，目前已知的相干布里渊光时域分析传感系统 主要有以下两类：l)AnderZornoza等人于2012年提出的利用微波整形电脉冲通过电光强 度调制器外调制光载波产生频移泵浦光，再利用射频信号通过电光强度调制器外调制光载 波产生信号光；2)MichelDossou等人于2013年提出的利用级联的电光强度调制器产生信 号光。方法1)利用边带光作为泵浦光会因为泵浦消耗不能动态补偿导致非本地效应，方法 2)中利用电光强度调制器进行载波抑制调制，会因为载波抑制比低从而引入相干噪声，同 时载波抑制产生的多个边带会恶化系统的性能。
【发明内容】
[0003] 鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种基于强度调制探测光的相干 布里渊光时域分析传感系统。将光源产生的光载波分为两路，其中一路被电脉冲外调制，产 生脉冲泵浦光；另外一路被9. 6GHz的微波信号通过工作在载波抑制点的电光强度调制器 外调制产生载波抑制的两个一阶边带（即本地光），由于电光强度调制器载波抑制比高，产 生的边带比电光强度调制器少，所以可以减少相干噪声和消除多边带对系统性能的影响。 参考光被I. 1~I. 3GHz的射频信号通过电光强度调制器进一步调制产生对称的一阶边带 作为连续信号光。对称的信号光可以有效补偿泵浦的消耗，减小非本地效应。
[0004] 本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：
[0005] -种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统，其特征在于，激光 器1输出中心频率为fQ的光载波通过50:50光耦合器2分为两路；一路经过偏振控制器 3后被微波信号发生器5产生的微波信号通过工作在载波抑制点的电光强度调制器4外 调制；微波信号发生器4的输出信号频率为fw;电光强度调制器4的输出光为中心频率为 fQ±9. 6GHz的两个一阶边带，经过偏振控制器6后被射频信号发生器7产生的射频信号通 过电光强度调制器8外调制；射频信号发生器7的输出频率为fs;电光强度调制器8的输出 光经过掺铒光纤放大器9的光信号放大和扰偏器10的偏正态快速扰动后，作为连续探测光 通过光隔离器11送入测试光纤12 ;另一路经过偏振控制器13后被脉冲信号发生器15产生 的脉冲信号通过电光强度调制器14外调制后产生脉冲光，该脉冲光被掺铒光纤放大器16 放大后作为脉冲泵浦光通过光环形器17进入测试光纤12。连续探测光与脉冲泵浦光作用 后顺序经过布拉格光栅18、光电探测器19、带通滤波器20得到载频为fs的分量，该分量经 过低噪声放大器21的放大后，加载在该载频上的幅度信息被IQ解调器22解调，IQ解调器 解调出的I路及Q路信号被数据采集卡23采集。
[0006] 这样，在本发明系统中，激光器1输出的光载波中心频率为&，该光载波通过 50:50耦合器2分为两份，一份被脉冲信号发生器14产生的电脉冲通过电光强度调制器14 外调制成脉冲光作为系统的泵浦光。另一份被工作在载波抑制点的电光强度调制器4外调 制成频率为的两个一阶边带，作为系统的本地光，其中为微波信号发生器4的固 定输出频率。本地光进一步被由射频信号发生器7驱动的电光强度调制器8外调制，产生 频率为fQ土fw±fs的对称边带，其中fVU+fVSfVU-f；分量作为系统的探测光，fs为射 频信号发生器7输出的可调谐频率。探测光与泵浦光在光纤中相互作用且经过布拉格光栅 的滤波之后，到达光电探测器19的光场表达式为：
[0007]
【主权项】
1. 一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统，其特征在于，激光器 (1)输出中心频率为f Q的光载波通过50:50光耦合器（2)分为两路；一路经过第一偏振控 制器（3)后被微波信号发生器（5)产生的微波信号通过工作在载波抑制点的第一电光强度 调制器⑷外调制；微波信号发生器（5)的输出信号频率为f w;第一电光强度调制器（4) 的输出光为中心频率为f〇±9. 6GHz的两个一阶边带，经过第二偏振控制器（6)后被射频信 号发生器（7)产生的射频信号通过第二电光强度调制器（8)外调制；射频信号发生器（7) 的输出频率为f s;第二电光强度调制器（8)的输出光经过掺铒光纤放大器（9)的光信号放 大和扰偏器（10)的偏正态快速扰动后，作为连续探测光通过光隔离器（11)送入测试光纤 (12);另一路经过第三偏振控制器（13)后被脉冲信号发生器（15)产生的脉冲信号通过第 三电光强度调制器（14)外调制后产生脉冲光，该脉冲光被掺铒光纤放大器（16)放大后作 为脉冲泵浦光通过光环形器（17)进入测试光纤（12)。连续探测光与脉冲泵浦光作用后顺 序经过布拉格光栅（18)、光电探测器（19)、带通滤波器（20)得到载频为f s的分量，该分量 经过低噪声放大器（21)的放大后，加载在该载频上的幅度信息被IQ解调器（22)解调，IQ 解调器解调出的I路及Q路信号被数据采集卡（23)采集。
2. 根据权利要求1所述之一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系 统，其特征在于，所述微波信号发生器（5)的输出信号频率固定为9. 6GHz。
3. 根据权利要求1所述之一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系 统，其特征在于，射频信号发生器（7)的输出频率&在1. 1~1. 3GHz范围内可调谐。
4. 根据权利要求1所述之一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系 统，其特征在于，采用快速IQ解调器进行幅度和相位解调。
【专利摘要】本发明公开了一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统。在该系统中，泵浦光由电脉冲信号驱动电光强度调制器外调制光载波产生，本地光由微波信号驱动工作在载波抑制点的电光强度调制器外调制同频光载波产生，对本地光通过电光强度调制器外调制产生对称边带作为探测光，电光强度调制器由频率可调的射频信号驱动。探测光两个分量分别同时扫描泵浦光的布里渊增益区和损耗区，其被布里渊增益谱幅度调制的同时可以动态补偿泵浦光的消耗从而减小非本地效应。探测光与本地光通过光电探测器拍频，将布里渊增益谱信息加载到GHz的高频载波上来避免基带噪声损伤，同时利用相干检测提高了整个系统的信噪比。
【IPC分类】G01D21-02, G01K11-32, G01L1-24
【公开号】CN104655185
【申请号】CN201510001993
【发明人】闫连山, 李宗雷, 邵理阳, 张志勇, 潘炜, 罗斌
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月4日