一种基于相位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] 本发明设及的是一种分布式光纤传感领域中的布里渊光时域分析传感系统，具体 是一种基于相位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] 基于光纤中后向布里渊散射信号进行温度及应力传感在近几十年来受到广泛 关注。相对于电传感器及光纤光栅传感器而言，其主要优势在于更长的传感距离（可达 100km)，更高的空间分辨率（可达1cm) W及利用传输光纤本身作为传感器。常见的基于后 向布里渊散射效应的分布式光纤传感技术有布里渊光时域反射传感技术和布里渊光时域 分析传感技术。布里渊光时域反射传感系统结构相对简单，但信噪比较低，布里渊光时域 分析传感系统可W很大程度上提高信噪比，从而实现更长的传感距离。常见的布里渊光时 域分析传感系统往往采用10?llGHz的微波信号作为扫频信号，并采用直接探测的方式。 带来的问题一是对微波源有较高的要求，二是直接探测信噪比较低。不同于直接探测的方 式，相干探测的方式可W大幅度提高信噪比，目前已知的相干布里渊光时域分析传感系统 主要有W下两类；l)Ander Zornoza等人于2012年提出的利用微波整形电脉冲通过电光强 度调制器外调制光载波产生频移累浦光，再利用射频信号通过电光相位调制器外调制光载 波产生信号光；2)Michel Dossou等人于2013年提出的利用级联的电光相位调制器产生信 号光。方法1)利用边带光作为累浦光会因为累浦消耗不能动态补偿导致非本地效应，方法 2)中利用电光相位调制器进行载波抑制调制，会因为载波抑制比低从而引入相干噪声，同 时载波抑制产生的多个边带会恶化系统的性能。
【发明内容】
[0003] 鉴于现有技术的W上不足，本发明的目的是提供一种基于相位调制探测光的相干 布里渊光时域分析传感系统。将光源产生的光载波分为两路，其中一路被电脉冲外调制，产 生脉冲累浦光；另外一路被9. 6GHz的微波信号通过工作在载波抑制点的电光强度调制器 外调制产生载波抑制的两个一阶边带（即本地光），由于电光强度调制器载波抑制比高，产 生的边带比电光相位调制器少，所W可W减少相干噪声和消除多边带对系统性能的影响。 参考光被1. 1?1. 3GHz的射频信号通过电光相位调制器进一步调制产生对称的一阶边带 作为连续信号光。对称的信号光可W有效补偿累浦的消耗，减小非本地效应。
[0004] 本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：
[0005] 一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统，其特征在于，激光 器1输出中屯、频率为f。的光载波通过50:50光禪合器2分为两路；一路经过偏振控制器 3后被微波信号发生器4产生的微波信号通过工作在载波抑制点的电光强度调制器5外 调制；微波信号发生器4的输出信号频率为片。;电光相位调制器5的输出光为中屯、频率为 片±9. 6GHz的两个一阶边带，经过偏振控制器6后被射频信号发生器7产生的射频信号通 过电光相位调制器8外调制；射频信号发生器7的输出频率为fs;电光相位调制器8的输出 光经过渗巧光纤放大器9的光信号放大和扰偏器10的偏正态快速扰动后，作为连续探测光 通过光隔离器11送入测试光纤12 ;另一路经过偏振控制器13后被脉冲信号发生器14产生 的脉冲信号通过电光强度调制器15外调制后产生脉冲光，该脉冲光被渗巧光纤放大器16 放大后作为脉冲累浦光通过光环形器17进入测试光纤12。连续探测光顺序经过光电探测 器18和带通滤波器19得到载频为fs的分量，该分量经过低噪声放大器20的放大后，加载 在该载频上的幅度信息被IQ解调器21解调，IQ解调器解调出的I路及Q路信号被数据采 集卡22采集。
[0006] 该样，在本发明系统中，激光器1输出的光载波中屯、频率为f。，该光载波通过 50:50禪合器2分为两份，一份被脉冲信号发生器14产生的电脉冲通过电光强度调制器15 外调制成脉冲光作为系统的累浦光。另一份被工作在载波抑制点的电光强度调制器5外调 制成频率为片±片。的两个一阶边带，作为系统的本地光，其中ft。为微波信号发生器4的固 定输出频率。本地光进一步被由射频信号发生器7驱动的电光相位调制器8外调制，产生 频率为fn±fw±fs的对称边带，其中f o+fw+fs及f o-fw-fs分量作为系统的探测光，f S为射 频信号发生器7输出的可调谐频率。探测光与累浦光在光纤中相互作用之后，到达光电探 测器18的光场表达式为：
[0007]
【主权项】
1. 一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统，其特征在于，激光器 (1)输出中心频率为f Q的光载波通过50:50光耦合器（2)分为两路；一路经过第一偏振控 制器（3)后被微波信号发生器（4)产生的微波信号通过工作在载波抑制点的第一电光强 度调制器（5)外调制；微波信号发生器（4)的输出信号频率为f w;电光强度调制器（5)的 输出光为中心频率为f〇±9. 6GHz的两个一阶边带，经过第二偏振控制器（6)后被射频信号 发生器（7)产生的射频信号通过电光相位调制器（8)外调制；射频信号发生器（7)的输出 频率为f s;电光相位调制器（8)的输出光经过掺铒光纤放大器（9)的光信号放大和扰偏器 (10)的偏正态快速扰动后，作为连续探测光通过光隔离器（11)送入测试光纤（12);另一路 经过第三偏振控制器（13)后被脉冲信号发生器（14)产生的脉冲信号通过第二电光强度调 制器（15)外调制后产生脉冲光，该脉冲光被掺铒光纤放大器（16)放大后作为脉冲泵浦光 通过光环形器（17)进入测试光纤（12);连续探测光顺序经过光电探测器（18)和带通滤波 器（19)得到载频为f s的分量，该分量经过低噪声放大器（20)的放大后，加载在该载频上 的幅度信息被IQ解调器（21)解调，IQ解调器解调出的I路及Q路信号被数据采集卡（22) 米集。
2. 根据权利要求1所述之一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系 统，其特征在于，所述微波信号发生器（4)的输出信号频率固定为9. 6GHz。
3. 根据权利要求1所述之一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系 统，其特征在于，射频信号发生器（7)的输出频率f sl. 1?I. 3GHz可调谐。
4. 根据权利要求1所述之一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系 统，其特征在于，采用快速IQ解调器进行幅度和相位解调。
【专利摘要】本发明公开了一种基于相位调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统。在该系统中，泵浦光由电脉冲信号驱动电光强度调制器外调制光载波产生，本地光由微波信号驱动工作在载波抑制点的电光强度调制器外调制同频光载波产生，对本地光通过电光相位调制器外调制产生对称边带作为探测光，电光相位调制器由频率可调的射频信号驱动。探测光两个分量分别同时扫描泵浦光的布里渊增益区和损耗区，其被布里渊增益谱幅度调制的同时可以动态补偿泵浦光的消耗从而减小非本地效应。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GHz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系统的信噪比。
【IPC分类】G01D5-38
【公开号】CN104567960
【申请号】CN201510002071
【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4月29日
【申请日】2015年1月4日