基于双波长偏振正交光的布里渊光时域分析装置及方法_2

文档序号:9862813阅读:来源:国知局
]优选地,所述传感光纤为普通单模光纤。
[0022]优选地,所述第一任意波形发生器产生的单频正弦或余弦信号的频率Af在10MHz 到200MHz 之间。
[0023]优选地,所述光电探测器带宽大于第二任意波形发生器输出矩形脉冲信号脉宽倒数的四倍且小于所述第一任意波形发生器产生的单频正弦或余弦信号的频率Af。
[0024]优选地,所述高速示波器的采样率大于第二任意波形发生器输出矩形脉冲信号脉宽倒数的四倍。
[0025]本发明具有以下有益技术效果:
[0026]本发明提供的基于双波长偏振正交光的布里渊光时域分析装置及方法,利用双波长偏振正交光作为两束栗浦光,充分抑制了二者之间的四波混频现象,从而避免了因非线性栗浦消耗引入的布里渊光时域分析系统的信噪比下降,同时在探测端采用直接探测的方式,与现有的布里渊光时域分析系统相比,本发明提供的基于双波长偏振正交光的布里渊光时域分析系统具有更高的信噪比和更长的传感距离,同时省去了较为昂贵的探测器件和耗时的解调过程,对于通信光缆、油气管道及大型建筑物的结构监测等具有重要意义,并且有利于布里渊光时域分析系统向动态测量方向发展。
【附图说明】
[0027]图1是本发明所述装置的结构示意图,
[0028]其中:01为窄线宽激光器,02为第一偏振控制器,03为马赫-曾德尔强度调制器,04为第一任意波形发生器,05为第一直流电源,06为親合方式为I X 2的光纤親合器,07为第一掺铒光纤放大器,08为声光调制器,09为声光调制器驱动器,10为第二任意波形发生器,11为第二偏振控制器,12为差分群时延模块,13为第二掺铒光纤放大器,14为窄带光纤滤波器,15为可调光衰减器,16为三端口环行器,17为第三偏振控制器,18为双平行马赫-曾德尔强度调制器,19为微波信号源,20为第二直流电源,21为扰偏器,22为光隔离器,23为传感光纤,24为光电探测器,25为高速示波器;
[0029]061为I X 2光纤耦合器的第一端口,062为I X 2光纤耦合器的第二端口,063为I X 2光纤耦合器的第三端口,161为三端口环行器的第一端口,162为三端口环行器的第二端口,163为三端口环行器的第三端口;
[0030]图2是本发明所述装置的布里渊放大原理示意图,其中,两束栗浦光对相应的两束探测光进行布里渊放大,探测光频率覆盖整个布里渊增益谱的频率范围,由于采用双波长偏振正交光作为两束栗浦光,完全抑制了普通双光束产生的四波混频边带(图2中用虚线表示)。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。
[0032]本发明提出一种基于双波长偏振正交光的布里渊光时域分析装置,该装置由窄线宽激光器01、第一偏振控制器02、马赫-曾德尔强度调制器03、第一任意波形发生器04、第一直流电源05、親合方式为I X 2的光纤親合器06、第一掺铒光纤放大器07、声光调制器08、声光调制器驱动器09、第二任意波形发生器10、第二偏振控制器11、差分群时延模块12、第二掺铒光纤放大器13、窄带光纤滤波器14、可调光衰减器15、三端口环行器16、第三偏振控制器17、双平行马赫-曾德尔强度调制器18、微波信号源19、第二直流电源20、扰偏器21、光隔离器22、传感光纤23、光电探测器24和高速示波器25组成。所述窄线宽激光器01通过第一偏振控制器02连接至马赫-曾德尔强度调制器03的光纤输入端口,所述马赫-曾德尔强度调制器03的射频端口通过连接电缆与第一任意波形发生器04连接,所述马赫-曾德尔强度调制器03的直流端口通过连接电缆与第一直流电源05连接,所述马赫-曾德尔强度调制器03的光纤输出端口与親合方式为I X 2的光纤親合器06的第一端口 061连接,所述親合方式为I X2的光纤耦合器06的第二端口 062通过第一掺铒光纤放大器07连接至声光调制器08的光纤输入端口,所述声光调制器08的射频端口通过连接电缆与声光调制器驱动器09的输出端口连接,所述声光调制器驱动器09的输入端口通过连接电缆与第二任意波形发生器10连接,所述声光调制器08的光纤输出端口通过第二偏振控制器11连接至差分群时延模块12的输入端口,所述差分群时延模块12的输出端口通过第二掺铒光纤放大器13连接至窄带光纤滤波器14的输入端口,所述窄带光纤滤波器14的输出端口通过可调光衰减器15连接至三端口环行器16的第一端口 161;所述親合方式为I X 2的光纤親合器06的第三端口 063通过第三偏振控制器17连接至双平行马赫-曾德尔强度调制器18的光纤输入端口,所述双平行马赫-曾德尔强度调制器18的射频端口通过连接电缆与微波信号源19连接,所述双平行马赫-曾德尔强度调制器18的直流端口通过连接电缆与第二直流电源20连接,所述双平行马赫-曾德尔强度调制器18的光纤输出端口通过扰偏器21连接至光隔离器22的输入端,所述光隔离器22的输出端通过传感光纤23连接至三端口环行器16的第二端口 162;所述三端口环行器16的第三端口 163与光电探测器24的输入端口连接,所述光电探测器24的输出端口通过连接电缆连接至高速示波器25。
[0033]本发明的工作原理如下:窄线宽激光器01的输出光经第一偏振控制器02调节偏振态后进入马赫-曾德尔强度调制器03,第一任意波形发生器04在马赫-曾德尔强度调制器03的射频端输入频率为A f(通常在10MHz到200MHz之间)的单频正弦或余弦信号,故经第一偏振控制器02调节偏振态后的输出光再经马赫-曾德尔强度调制器03调制后产生光载波及一系列边带,调节第一直流电源05的输出电压,使得经马赫-曾德尔强度调制器03输出光的一阶边带高于载波及二阶边带30dB以上,可看作产生了两个一阶边带对应的双波长光,该双波长光经I X 2光纤親合器06分为两束,一束光从I X 2光纤親合器第二端口 062输出,作为传感用的双波长栗浦光,另一束光从I X 2光纤耦合器第三端口 063输出,作为传感用的双波长探测光:双波长栗浦光经第一掺铒光纤放大器07放大后进入声光调制器08的光纤输入端,第二任意波形发生器10输出脉宽50ns以上且尽可能窄的矩形脉冲信号,脉冲重复频率f应尽可能大且与传感光纤23的长度L之间满足关系:f〈108/L,该脉冲信号输入声光调制器驱动器09以驱动声光调制器08,故双波长栗浦光经声光调制器08调制后输出传感所需的双波长栗浦脉冲光,调节第二偏振控制器11使进入差分群时延模块12的双波长栗浦脉冲光的光偏振态与差分群时延模块12所用晶体材料的主轴之间保持45度角,并使差分群时延模块12的差分群时延△ t与第一任意波形发生器04产生的单频正弦或余弦信号的频率△ f之间满足关系:△ f △ t = 1/4,确保双波长栗浦脉冲光为偏振正交光,所述双波长栗浦脉冲光经第二掺铒光纤放大器13放大后进入窄带光纤滤波器14进行滤波,用于滤除其带宽以外的放大自发辐射噪声,经滤波后的双波长栗浦脉冲光再经可调光衰减器15调节光功率后进入三端口环行器16的第一端口 161,并从三端口环行器16的第二端口 162输出进入传感光纤23,由于两个波长的偏振正交光之间不会产生四波混频,故该双波长栗浦光在传感光纤23中传输时只有线性损耗而不会产生非线性损耗;从I X 2光纤耦合器第三端口 063输出的双波长探测光经第三偏振控制器17调节偏振态后进入双平行马赫-曾德尔强度调制器18,微波信号源19输出频率在传感光纤23布里渊频移附近的微波信号,故经第三偏振控制器17调节偏振态后的双波长探测光再经双平行马赫-曾德尔强度调制器18调制后产生光载波及一系列边带,调节第二直流电源20的输出电压,使得经双平行马赫-曾德尔强度调制器18输出光的一阶低频边带高于载波及一阶高频边带30dB以上,可看作产生了两个一阶低频边带对应的双波长探测光,该双波长探测光经扰偏器21扰偏并经光隔离器22后进入传感光纤23—端,与从传感光纤23另一端进入的双波长栗浦光在传感光纤23中发生受激布里渊放大作用,如图2所示,所述双波长栗浦光对相应的双波长探测光进行布里渊放大,并且双波长栗浦光由于偏振正交而不会产生四波混频边带,避免了传感过程中的非线性栗浦消耗;经放大后的双波长探测光从三端口环行器16的第三端口 163输出,经光电探测器24探测后进入高速示波器25得到一条布里渊增益沿传感光纤23分布的曲线。
[0034]以IMHz为步长改变微波信号源19输出微波信号的频率,每个频率都对应一条布里渊增益沿传感
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