一种光子带隙光纤背向散射分布式测量方法及装置与流程

技术特征：

1.一种光子带隙光纤背向散射分布式测量装置，包括光源、1:99耦合器、测量光路的环形器、参考光路的环形器、待测光纤、Y波导、信号发生器、探测器、锁相放大器、电动延迟线、1×N路光开关C、1×N路光开关D、光纤全反射镜和普通单模光纤1～N；

光源输出的宽谱光经1:99耦合器分为光强之比为99:1的两束光W_m0、W_r0，W_m0由测量光路的环形器的E端口进入测量光路，W_r0由参考光路的环形器的H端口进入参考光路；

测量光路包括环形器和待测光纤，环形器的E端口输入的光W_m0从环形器的F端口进入待测光纤，W_m0在待测光纤中传输时，光子带隙光纤纤芯内表面上的散射点产生背向散射，背向散射光W_m经过环形器的G端口进入Y波导；

参考光路包括环形器、光纤全反射镜、电动延迟线、1×N路光开关C、1×N路光开关D和普通单模光纤1～N，环形器的H端口输入的光W_r0从环形器的J端口进入参考光路，依次经过电动延迟线、1×N路光开关C、普通单模光纤m和1×N路光开关D，入射到光纤全反射镜，光纤全反射镜的光W_r0被反射镜反射后按原光路返回，由J端口进入环形器并从环形器的K端口输出，作为参考光W_r进入Y波导，其中，普通单模光纤m为普通单模光纤1～N中的一路，普通单模光纤通过1×N路光开关C和1×N路光开关D接通，1≤m≤N；

背向散射光W_m和参考光W_r分别经Y波导的两分支输入并经Y波导耦合后输入到探测器，探测器将接收的光信号转换为电信号并发送给锁相放大器的信号端，信号发生器在Y波导上添加方波+三角波的调制信号，实现对背向散射光W_m和参考光W_r干涉相位的调制，方波信号作为参考信号接入锁相放大器的参考端，通过锁相放大器实现W_m和W_r干涉信号的相关检测，探测器探测到的光强为：其中：干涉项相位I_m为背向散射光W_m的总光强，I_r为参考光W_r的光强；

信号发生器和锁相放大器对I_D中的干涉项进行调制和解调，实现对I_D的相关检测，得到余弦信号I_D的峰峰值I_pp，进而得到散射点A的背向散射光强为：

通过延迟线和光开关改变参考光路的光程，进而改变参考光的光程，实现参考光与不同散射点背向散射光的干涉，获得相应散射点的背向散射大小，对光子带隙光纤的背向散射进行逐点测量，获得该段光子带隙光纤的背向散射分布信息。

2.根据权利要求1所述的一种光子带隙光纤背向散射分布式测量装置，所述的电动延迟线、1×N路光开关C、1×N路光开关D和普通单模光纤1～N组成精密光程扫描构件，电动延迟线变化的最大长度为△L，普通单模光纤1、2、···、N的折射率为n，长度分别为当1×N路光开关C和1×N路光开关D接通普通单模光纤1且电动延迟线的延迟长度为0时，由光源经参考光路到探测器的光程与由光源经待测光纤入射端散射后到探测器的光程相等，此时，参考光光程与待测光纤入射端的散射光等光程；设此时参考光的光程为0，改变电动延迟线的延迟长度使参考光的光程在0～△L内精密变化；当1×N路光开关C和1×N路光开关D接通光纤m且电动延迟线的延迟长度为0时，参考光的光程为(m-1)△L，改变电动延迟线的延迟长度使参考光的光程在(m-1)△L～m△L内精密变化；使用电动延迟线和1×N路光开关组成的精密光程扫描结构使参考光光程在0～N△L范围内精密变化，实现对长度为N△L的光子带隙光纤背向散射分布的测量。

3.根据权利要求1所述的一种光子带隙光纤背向散射分布式测量装置，所述的信号发生器在Y波导上添加的调制信号为方波+三角波，其中方波的幅值为Y波导半波电压的三角波的幅值为Y波导半波电压的4倍，调制信号使在0～4π周期性变化，I_D呈余弦变化。

4.一种光子带隙光纤背向散射分布式测量方法，包括以下几个步骤：

(1)使用1:99耦合器将宽谱光源发出的光分为光功率之比为1:99的两束光，其中功率大的一束光W_m0经环形器进入待测光纤，W_m0在待测光纤中传输产生背向散射光；功率小的一束光W_r0经另一环形器进入参考光路，并经光纤反射镜反射成为参考光W_r；

(2)使用Y波导耦合背向散射光和参考光，待测光纤中不同散射点产生的背向散射光光程不同，只有与参考光等光程的散射光W_mi才能与参考光W_r发生干涉，其干涉信号为：

其中：干涉项相位I_m为待测光纤背向散射的总光强，I_r为参考光的光强，I_mi为背向散射光W_mi的光强；

(3)在Y波导上施加方波调制信号，进行调制；

(4)在Y波导上添加三角波调制信号，调制使干涉项的相位在0～2π周期变化，I_int将呈周期性的余弦变化，通过相关检测提取该余弦信号的峰峰值I_pp，计算相应的背向散射光光强：

(5)通过电动延迟线和1×N路光开关，改变参考光路光程，实现不同散射点背向散射的测量，进而得到一段光子带隙光纤的背向散射分布。