本发明涉及BOTDR分布式传感系统，具体是一种用于BOTDR分布式传感系统的激光模块。
背景技术：
BOTDR分布式传感系统不仅具有损耗低、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、易于工程铺设等光纤传感特有的特性，还可以实现温度和应变的同时测量，且具有结构简单、单端接入、可检测断点以及可实现长距离高精度测量等优越性能，因此被广泛应用于大型建筑结构健康的监测中。现有BOTDR分布式传感系统的工作原理为：窄线宽激光器发出频率为ν0的连续光，连续光经光纤耦合器分为探测连续光和参考连续光，探测连续光经EOM（电光调制器）或AOM（声光调制器）调制生成探测脉冲光，探测脉冲光在待测光纤中产生频率为ν0±νB的自发布里渊散射信号，自发布里渊散射信号与参考连续光进行拍频获得待测光纤的布里渊频移νB，后经过数据处理获得待测光纤不同位置处的布里渊频谱信息，通过布里渊频移、功率与应变、温度的关系获得光纤沿线温度和应变的分布情况。然而，现有BOTDR分布式传感系统由于采用EOM或AOM进行探测脉冲光的调制，导致其存在如下问题：其一，EOM的偏压点难以长时间稳定，导致其调制生成的探测脉冲光存在消光比较低的问题，由此导致BOTDR分布式传感系统容易发生连续光泄漏。其二，AOM的调制速率较低，导致其无法调制生成脉宽为10ns的探测脉冲光，由此导致BOTDR分布式传感系统的空间分辨率受限。基于此，有必要发明一种用于BOTDR分布式传感系统的激光模块，以解决现有BOTDR分布式传感系统容易发生连续光泄漏、空间分辨率受限的问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有BOTDR分布式传感系统容易发生连续光泄漏、空间分辨率受限的问题，提供了一种用于BOTDR分布式传感系统的激光模块。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种用于BOTDR分布式传感系统的激光模块，包括种子源窄线宽激光器、1×2光纤耦合器、量子点SOA、FPGA脉冲发生模块、电平转换模块、高速电流驱动器、量子点SOA温控模块、自发辐射噪声滤波器、第一光隔离器、第二光隔离器；其中，种子源窄线宽激光器的输出端与1×2光纤耦合器的输入端连接；1×2光纤耦合器的第一个输出端与量子点SOA的第一个输入端连接；FPGA脉冲发生模块的输出端与电平转换模块的输入端连接；电平转换模块的输出端与高速电流驱动器的输入端连接；高速电流驱动器的输出端与量子点SOA的第二个输入端连接；量子点SOA温控模块的输出端与量子点SOA的第三个输入端连接；量子点SOA的输出端与自发辐射噪声滤波器的输入端连接；自发辐射噪声滤波器的输出端与第一光隔离器的输入端连接；第一光隔离器的输出端作为脉冲光输出端；1×2光纤耦合器的第二个输出端与第二光隔离器的输入端连接；第二光隔离器的输出端作为连续光输出端。
具体工作过程如下：首先，启动量子点SOA温控模块，使得量子点SOA工作在恒温状态下。然后，启动种子源窄线宽激光器，种子源窄线宽激光器输出功率恒定的连续光，连续光经1×2光纤耦合器分为探测连续光和参考连续光，探测连续光经量子点SOA调制生成探测脉冲光，探测脉冲光依次经自发辐射噪声滤波器、第一光隔离器进行滤波、隔离后通过脉冲光输出端进行输出，参考连续光经第二光隔离器进行隔离后通过连续光输出端进行输出。探测连续光经量子点SOA调制生成探测脉冲光的具体过程如下：启动FPGA脉冲发生模块，FPGA脉冲发生模块输出高低电平信号，高低电平信号经电平转换模块进行电平转换后进入高速电流驱动器。当FPGA脉冲发生模块输出高电平信号时，高速电流驱动器被触发并产生泵浦电流，泵浦电流注入量子点SOA，使得量子点SOA输出放大的光信号（量子点SOA中的激活介质吸收注入的泵浦电流后，位于源极的载流子数从低能级跃迁至高能级，产生粒子数反转，输入量子点SOA的探测连续光通过受激辐射激活这些电子，使其跃迁到较低的能级，由此产生放大的光信号）。当FPGA脉冲发生模块输出低电平信号时，高速电流驱动器不产生泵浦电流，量子点SOA不输出光信号（量子点SOA无泵浦电流注入，输入量子点SOA的探测连续光因半导体中没有达到载流子数反转而被量子点SOA源区材料吸收，由此不能输出光信号）。如此反复，量子点SOA输出的光信号即为探测脉冲光。在此过程中，通过调节FPGA脉冲发生模块输出的高低电平信号的脉宽和重复频率，即可调节量子点SOA输出的探测脉冲光的脉宽和重复频率。
基于上述过程，本发明所述的一种用于BOTDR分布式传感系统的激光模块通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，与EOM相比，本发明采用的量子点SOA不存在偏压点难以稳定的问题，并且具有高材料增益、噪声指数低的特点，因此其调制生成的探测脉冲光具有消光比高的特点，由此有效避免了BOTDR分布式传感系统发生连续光泄漏。其二，与AOM相比，本发明采用的量子点SOA不仅具有调制速率高的特点，而且具有增益恢复时间超快的特点，因此其能够调制生成脉宽为10ns的探测脉冲光，由此使得BOTDR分布式传感系统的空间分辨率不再受限。其三，本发明采用的量子点SOA还具有线宽加强因子极低、高饱和输出功率、低温度灵敏性、体积小等特点。其线宽加强因子极低的特点不仅有利于减小量子点SOA在光放大和响应中出现的信号畸变，还有助于减小探测脉冲光的上升沿与下降沿时间，由此保证了探测脉冲光的质量。其高饱和输出功率的特点保证了量子点SOA具有良好的线性增益，由此避免了非线性效应的发生。其低温度灵敏性的特点有利于实现高精度的温度控制。其体积小的特点使得BOTDR分布式传感系统结构简单、功耗小、便于集成。其四，本发明能够同时输出探测脉冲光和参考连续光，且二者为同源光（二者具有相同的频率、线宽、中心波长等光学性质），二者的同源性保证了BOTDR分布式传感系统中的后向散射光与参考连续光拍频时，两束光的频差为布里渊频移，由此有利于信号的提取。
本发明有效解决了现有BOTDR分布式传感系统容易发生连续光泄漏、空间分辨率受限的问题，适用于BOTDR分布式传感系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-种子源窄线宽激光器，2-1×2光纤耦合器，3-量子点SOA，4-FPGA脉冲发生模块，5-电平转换模块，6-高速电流驱动器，7-量子点SOA温控模块，8-自发辐射噪声滤波器，9a-第一光隔离器，9b-第二光隔离器，A-脉冲光输出端，B-连续光输出端。
具体实施方式
一种用于BOTDR分布式传感系统的激光模块，包括种子源窄线宽激光器1、1×2光纤耦合器2、量子点SOA3、FPGA脉冲发生模块4、电平转换模块5、高速电流驱动器6、量子点SOA温控模块7、自发辐射噪声滤波器8、第一光隔离器9a、第二光隔离器9b；其中，种子源窄线宽激光器1的输出端与1×2光纤耦合器2的输入端连接；1×2光纤耦合器2的第一个输出端与量子点SOA3的第一个输入端连接；FPGA脉冲发生模块4的输出端与电平转换模块5的输入端连接；电平转换模块5的输出端与高速电流驱动器6的输入端连接；高速电流驱动器6的输出端与量子点SOA3的第二个输入端连接；量子点SOA温控模块7的输出端与量子点SOA3的第三个输入端连接；量子点SOA3的输出端与自发辐射噪声滤波器8的输入端连接；自发辐射噪声滤波器8的输出端与第一光隔离器9a的输入端连接；第一光隔离器9a的输出端作为脉冲光输出端A；1×2光纤耦合器2的第二个输出端与第二光隔离器9b的输入端连接；第二光隔离器9b的输出端作为连续光输出端B。
种子源窄线宽激光器1的输出端通过光纤与1×2光纤耦合器2的输入端连接；1×2光纤耦合器2的第一个输出端通过光纤与量子点SOA3的第一个输入端连接；FPGA脉冲发生模块4的输出端通过带宽为200MHz以上的电缆与电平转换模块5的输入端连接；电平转换模块5的输出端通过带宽为200MHz以上的电缆与高速电流驱动器6的输入端连接；高速电流驱动器6的输出端通过带宽为200MHz以上的电缆与量子点SOA3的第二个输入端连接；量子点SOA温控模块7的输出端通过带宽为200MHz以上的电缆与量子点SOA3的第三个输入端连接；量子点SOA3的输出端通过光纤与自发辐射噪声滤波器8的输入端连接；自发辐射噪声滤波器8的输出端通过光纤与第一光隔离器9a的输入端连接；1×2光纤耦合器2的第二个输出端通过光纤与第二光隔离器9b的输入端连接。
所述种子源窄线宽激光器1的中心波长为1550nm；所述1×2光纤耦合器2的分光比为90：10；所述量子点SOA3为InAs/GaAs量子点SOA，其中心波长为1550nm。