1.一种光时域分析仪,其特征在于:包括激光器、第一耦合器、第二耦合器、声光调制器、非线性放大器、第一带通滤波器滤波、环形器、波分复用器、拉曼光纤激光器、第二带通滤波器、差分光电探测器、频谱仪、a/d转换器、处理器和传感光纤;
所述激光器产生的光信号被50:50的第一耦合器分成两路,下面一路作为外差检测的本振光,进入50:50的第二耦合器。上面一路进入声光调制器进行声光调制,调制后的光脉冲被非线性放大器放大,然后被第一带通滤波器滤波,以去除放大器自发辐射噪声,光脉冲通过环形器的第一端口到达波分复用器,通过波分复用器进入光纤,拉曼光纤激光器作为该系统的泵浦源,产生的泵浦光信号通过波分复用器进入光纤前端,光脉冲在光纤中前行,并不断产生瑞利散射光,同时光脉冲和瑞利散射光在光纤中被拉曼泵浦光分布式放大,瑞利散射光散射回环形器的第二端口,从环形器的第三端口输出,并被第二带通滤波器滤波,随后通过第二耦合器与本振光拍频,第二耦合器的输出端信号被差分光电探测器探测,差分后的电信号通过频谱仪进行外差检测,得到瑞利散射信号以及布里渊散射信号,随后通过a/d转换器进行采集,并在处理器进行实时的信号处理。
2.如权利要求1所述的一种光时域分析仪,其特征在于:所述频谱仪包括第三带通滤波器、可调谐带通滤波器、第一包络检波器、第二包络检波器、第一低通滤波器和第二低通滤波器;
所述第二耦合器的输出端信号被差分光电探测器探测,从探测器输出的信号分成两路,上路负责瑞利散射信号的解调,下路负责自发布里渊散射信号的解调,上路的第三带通滤波器中心频率为200m,滤波后的信号通过第一包络检波器提取包络,从而提取瑞利散射信号;下路的可调谐带通滤波器能够调整其中心频率以对应布里渊增益谱内的各个频率的自发布里渊散射光,经过可调谐带通滤波器通过第二包络检波器提取包络,从而得到自发布里渊散射信号,最后两路信号通过ad转换器转换后进行后续的信号处理。
3.如权利要求2所述的一种光时域分析仪,其特征在于:还包括偏振开关、偏振控制器和任意波形发生器;
所述激光器产生的光信号被50:50的第一耦合器分成两路,下面一路作为外差检测的本振光,通过顺次串联的偏振开关、偏振控制器进入50:50的第二耦合器;
所述任意波形发生器产生脉冲光信号分别至a/d转换器的模拟输入端、声光调制器的输入端和偏振开关的输入端。
4.如权利要求1所述的一种光时域分析仪,其特征在于:所述激光器为最大输出功率为12dbm、线宽为~3khz的uls。
5.如权利要求4所述的一种光时域分析仪,其特征在于:所述声光调制器调制信号为770hz,脉冲宽度为80ns,声光的频移为200mhz。
6.如权利要求5所述的一种光时域分析仪,其特征在于:所述差分光电探测器探测的带宽为11ghz。
7.一种光时域分析方法,其特征在于:包括以下步骤:
s1、将1550nm的激光器产生的光信号分成两路,其中一路作为本振光,另一路经调制后输入传感光纤中,将1455nm的拉曼光纤激光器作为该系统的泵浦源,产生的1455nm的泵浦光信号通过波分复用器进入光纤前端,1550nm的光信号和1450nm的光信号在光纤传感中发生瑞利散射光和布里渊散射信号;
s2、将同一布里渊散射信号与两个正交偏振的本振光拍频,然后叠加两个拍频的信号,从而得到偏振相关增益无关的布里渊散射曲线;
s3、通过差分光电探测器探测瑞利散射光和布里渊散射信号,差分后的电信号通过频谱仪进行外差检测和解调,得到瑞利散射信号以及布里渊散射信号,随后通过a/d转换器进行采集,并在处理器进行实时的信号处理。
8.如权利要求7所述的一种光时域分析方法,其特征在于:所述s2中布里渊散射信号和两个正交偏振的本振光分别表示为:
其中,a和b为-1到+1之间的任一值,而δ、θ、
拍频以后再叠加的信号功率η可以表示为:
9.如权利要求7所述的一种光时域分析方法,其特征在于:所述s3中还包括对瑞利散射光和布里渊散射信号的解调进行同步,具体步骤为:
s201、设光脉冲的重复周期为t,以nt为时间单位对本振光的偏振态进行切换,以t为单位对频谱仪进行调谐,以完成对布里渊散射谱的扫频;
s202、当得到一个本振的偏振态对应的瑞利散射信号和布里渊散射信号后,将本振光的偏振角旋转90°,重复上述的扫频以及信号采集,以偏振切换周期为单位,对n个周期的相位进行信号处理,而对相邻的两个偏振切换周期的同频率的布里渊散射信号进行叠加,最终在实现对瑞利散射信号和自发布里渊散射信号的同步解调。