一种基于单边带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基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感装置， 具体是一种基于单边带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] 利用光纤中的布里渊非线性效应进行分布式光纤传感已经得到了几十年的广泛 研宄。该技术的核心在于光纤的布里渊频移与光纤的温度及形变（应力）线性相关，可通 过求解布里渊频移来实现温度及应力的传感。为了得到布里渊频移，脉冲泵浦光和连续探 测光会从光纤的两端分别注入，可通过改变连续探测光的频率来扫描布里渊增益区间从而 获得布里渊增益谱，并进一步通过洛伦兹拟合来获得布里渊频移。传统的方法中，布里渊增 益谱通过直接探测探测光的强度来获得。但是，由于基带噪声的影响，导致系统信噪比低， 需要多次平均来提高从而降低了系统的实时性。为了提高信噪比，相干探测技术被应用于 布里渊光纤传感系统中，将低功率的探测信号与高功率的本地信号同时送入光电探测器， 利用相干检测提高信噪比，成为了脉冲编码以及拉曼放大技术之外的另一个提高系统信噪 比的方法。A.Zornoza及X.Angulo-Vinuesa所在的课题组提出的利用相位调制及我们课题 组提出了利用强度调制和相位调制同时产生探测光和本地光的方法，都大幅度地提高信噪 比。但这些方法都是基于双边带调制，对光纤的色散及自相位调制效应很敏感，会带来相位 到强度的转换以及功率衰落，从而恶化布里渊增益谱，并降低系统性能。
【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单边带调制探测光的相 干布里渊光时域分析传感装置。将光源产生的光载波分为两路，其中一路被电脉冲驱动的 声光调制器外调制，产生脉冲泵浦光，该脉冲泵浦光相对于光载波有200MHz的上频移；另 外一路被10~11GHz的微波信号通过工作在线性工作点的电光强度调制器外调制产生两 个一阶边带，并通过滤波器滤除上边带实现单边带调制，且下边带和载频光分别作为系统 的探测光和本地光。探测光与泵浦光在光纤中相互作用后，探测光与本地光同时送入光电 探测器进行相干检测，并通过对数检波器解调二者之间拍频信号的包络来重构布里渊增益 谱进而解调出所需的温度及应力信息。
[0004] 本发明的目的是基于如下方案实现的：
[0005] -种基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感装置，可调谐光源1输 出中心频率为fQ的光载波通过50:50光耦合器后分为两条光路，一路通过脉冲信号发生器 3驱动的声光调制器4外调制产生脉冲光后经第一掺铒光纤放大器5放大，再经光滤波器 6、光环形器7进入传感光纤14 ;另一路经过偏振控制器8后被微波信号合成器9产生的微 波信号通过工作在线性工作点电光强度调制器10外调制，经光滤波器11、扰偏器12和光隔 离器13送入传感光纤14 ;光环形器7与第二掺铒光纤放大器15、光电探测器16光路顺序 相连；光电探测器16、微波下变频器17、对数检波器18及数据采集终端电信号连接，以构建 布里渊增益-幅度三维图，并在传感光纤的不同位置处通过洛伦兹拟合解调出温度和应力 信息。
[0006] 探测光与泵浦光在光纤中相互作用后到达光电探测器16的光场表达式为：
【主权项】
1. 一种基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感装置，其特征在于，可调 谐光源（1)输出中心频率为fQ的光载波通过50:50光耦合器（2)后分为两条光路，一路通 过脉冲信号发生器（3)驱动的声光调制器（4)外调制产生脉冲光后经第一掺铒光纤放大器 (5)放大，再经光滤波器（6)、光环形器（7)进入传感光纤（14);另一路经过偏振控制器（8) 后被微波信号合成器（9)产生的微波信号通过工作在线性工作点电光强度调制器（10)外 调制，经光滤波器（11)、扰偏器（12)和光隔离器（13)送入传感光纤（14);光环形器（7)与 第二掺铒光纤放大器（15)、光电探测器（16)光路顺序相连；光电探测器（16)、微波下变频 器（17)、对数检波器（18)，数据采集终端电信号连接，以构建布里渊增益-幅度三维图，并 在传感光纤的不同位置处通过洛伦兹拟合解调出温度和应力信息。
2. 根据权利要求1所述之基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感装置， 其特征在于，所述微波信号合成器（9)的输出信号频率&从IOGHz到12GHz可调。
3. 根据权利要求1所述之基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感装置， 其特征在于，所述微波下变频器将光电探测器（16)输出的10~12GHz的微波信号下变频 为1~2GHz的射频信号。
4. 一种实现权利要求1所述之传感装置的基于单边带调制探测光的相干布里渊光时 域分析传感方法，在电脑中构建布里渊增益-幅度三维图，并在传感光纤的不同位置处通 过洛伦兹拟合解调出温度和应力信息，其特征在于，脉冲泵浦光和连续探测光共用一个光 源，且采用具有移频功能的声光调制器产生脉冲泵浦光： 光载波通过50:50光耦合器分为两路：一路被脉冲信号发生器（3)产生的脉冲信号通 过声光调制器（4)外调制后产生脉冲光，该脉冲光先被掺铒光纤放大器（5)放大后被光滤 波器（6)滤除ASE噪声作为脉冲泵浦光并通过光环形器（7)进入传感光纤（14);另一路经 过偏振控制器（8)后被微波信号合成器（9)产生的微波信号通过电光强度调制器（10)外 调制后输出光信号只保留频率分量f〇及fcrfs;单边带调制信号经过扰偏器（12)的偏正态 快速扰动后，通过光隔离器（13)送入传感光纤（14)，其中&分量作为系统的本地光，f^fs 分量作为系统的探测光。
5. 根据权利要求4所述之一种基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感 方法，其特征在于，即可以由工作在线性工作点的电光强度调制器与光滤波器组合产生单 边带调制探测光，也可以由双臂马赫曾德尔或双驱动马赫曾德尔调制器单独产生。
【专利摘要】本发明公开了一种基于单边带调制探测光的相干布里渊光时域分析传感装置。在该装置中，泵浦光由电脉冲信号驱动声光强度调制器外调制光载波产生，本地光和探测光由两步获得：1)由微波信号(10～12GHz可调谐)驱动工作在线性工作点的电光强度调制器外调制同频光载波产生两个边带；2)滤除上边带保留下边带(探测光)和光载波(本地光)。与泵浦光在光纤中相互作用后，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10～12GHz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装置的信噪比。布里渊增益谱信息被对数检波器解调，进一步通过对布里渊增益谱洛伦兹拟合来求解温度及应变信息。
【IPC分类】G01D21-02
【公开号】CN104819741
【申请号】CN201510198663
【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8月5日
【申请日】2015年4月24日