專利名稱：一種新型瑞利解調(diào)器及其解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及瑞利解調(diào)型分布式光纖傳感技 術(shù)的光路結(jié)構(gòu)部分。
背景技術(shù)：
分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)(RDTS)基于背向拉曼散射原理，當(dāng)激光脈沖在光纖 中傳輸過程中，光纖中會(huì)不斷產(chǎn)生拉曼散射(斯托克斯、反斯托克斯)、瑞利散射及布 里淵散射等散射光，其中一部分會(huì)發(fā)生后向散射，我們稱這部分散射光為“背向散射 光”。RDTS就是采用背向拉曼散射中反斯托克斯作為溫度敏感信號(hào)的一種溫度傳感系 統(tǒng)，為了消除光源功率、測溫光纜所處環(huán)境的應(yīng)力應(yīng)變等因素對(duì)溫度解調(diào)的影響，需要 再引入一路信號(hào)作為參考。在目前RDTS產(chǎn)品中通常采用斯托克斯散射光或者瑞利散射光作為參考信號(hào)， 其中尤以斯托克斯散射光居多。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，斯托克斯散射光很容易受到受激 拉曼散射的影響導(dǎo)致信號(hào)的非線性失真，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。而同時(shí)傳統(tǒng)瑞利解調(diào)結(jié)構(gòu)的 損耗大、信噪比低、也在一定程度上受受激拉曼散射影響的影響等弊病。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)涉及的光信號(hào)主要包含注入光脈沖信號(hào)、瑞利散射光 信號(hào)(Rayleigh)、斯托克斯散射光信號(hào)(Stokes)及反斯托克斯散射光信號(hào)(Anti-Stokes)， 本發(fā)明所闡述的解調(diào)光路結(jié)構(gòu)就是用于處理以上光信號(hào)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有瑞利解調(diào)技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種不受受激拉 曼散射影響的、低損耗的瑞利解調(diào)器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的—種新型瑞利解調(diào)器，包括兩片濾波片和一個(gè)分光器，兩片濾波片通過光纖相 連，其中一片濾波片通過光纖和分光器相連。每片濾波器只允許一種波長的光透射，反射其余波長的光，濾波片1用于透射 反斯托克斯光，反射非反斯托克斯光；濾波片2用于透射斯托克斯光，反射非斯托克斯 光；入射激光脈沖信號(hào)從分光器輸入端注入，經(jīng)過兩片濾波片的反射進(jìn)入后續(xù)傳感 光纖，入射激光脈沖在光纖傳輸過程中會(huì)發(fā)生背向散射，背向散射產(chǎn)生的瑞利散射光 信號(hào)、斯托克斯光信號(hào)和反斯托克斯光信號(hào)沿著光的入射方向原路返回，經(jīng)過濾波片1 時(shí)，其中反斯托克斯散射光信號(hào)透射過濾波片1進(jìn)入到后續(xù)光電處理單元，其余的斯托 克斯光、瑞利散射光則經(jīng)濾波片1反射到濾波片2，斯托克斯光信號(hào)經(jīng)過濾波片2時(shí)全部 透射過濾波片2，此時(shí)背向散射光信號(hào)中即獲得比較干凈的瑞利散射信號(hào)，也即濾除了斯 托克斯和反斯托克斯散射的瑞利散射信號(hào)。所述的分光器可以為耦合器或者環(huán)形器等，主要用于將入射光注入到光纖，將背向散射光注入到后端光、電處理單元；本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于首先，散射光直接經(jīng)過濾波片1獲得反斯 托克斯光信號(hào)，可以最大程度的減少反斯托克斯光信號(hào)的損耗，提高了系統(tǒng)信噪比；其 次，將瑞利散射信號(hào)進(jìn)行必要的濾波，從而避免了受激拉曼散射(主要是斯托克斯非線 性)的影響；最后，定比例耦合器或者環(huán)形器的引入可以減少輸入光功率的損耗，從而 也提高了系統(tǒng)信噪比。


圖1是瑞利解調(diào)結(jié)構(gòu)實(shí)施方式一。圖2是瑞利解調(diào)結(jié)構(gòu)實(shí)施方式二。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟。實(shí)施例1:如圖1，濾波片1和濾波片2相連，濾波片2和耦合器6相連，濾波 片1僅允許透射反斯托克斯光，反射非反斯托克斯光；濾波片2僅允許透射斯托克斯光， 反射非斯托克斯光；耦合器6為2X2耦合器，耦合器端口的分光比為90% (端口 7): 10% (端口 8)。激光脈沖信號(hào)從端口 7經(jīng)過耦合器6后進(jìn)入濾波片2，由于濾波片2僅 僅透射斯托克斯光信號(hào)，于是脈沖光經(jīng)濾波片2反射進(jìn)入濾波片1，濾波片1僅透射反斯 托克斯，于是脈沖光經(jīng)由端口 5反射出去，在RDTS中，端口 5會(huì)直接或者間接與傳感光 纖相連接。當(dāng)脈沖光在傳感光纖中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生背向散射，背向散射光經(jīng)端口 5進(jìn)入 濾波片1，其中的反斯托克斯光由端口 4進(jìn)入后續(xù)光電處理單元。背向散射光的其余部分 則由濾波片1反射進(jìn)入濾波片2，其中的斯托克斯光從端口 3透射出去。此時(shí)背向散射光 中主要是瑞利散射光，它經(jīng)過耦合器6從端口 8進(jìn)入后續(xù)光電處理單元。至此，完成溫 度敏感信號(hào)(反斯托克斯散射信號(hào))和參考信號(hào)(瑞利散射信號(hào))的提取。實(shí)施例2 如圖2，濾波片1和濾波片2相連，濾波片2和環(huán)形器9相連，濾波 片1僅允許透射反斯托克斯光，反射非反斯托克斯光；濾波片2僅允許透射斯托克斯光， 反射非斯托克斯光。激光脈沖信號(hào)從端口 7經(jīng)過環(huán)形器9后進(jìn)入濾波片2，由于濾波片2 僅僅透射斯托克斯光信號(hào)，于是脈沖光經(jīng)濾波片2反射進(jìn)入濾波片1，濾波片1僅透射反 斯托克斯，于是脈沖光經(jīng)由端口 5反射出去，在RDTS中，端口 5會(huì)直接或者間接與傳感 光纖相連接。當(dāng)脈沖光在傳感光纖中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生背向散射，背向散射光經(jīng)端口 5進(jìn) 入濾波片1，其中的反斯托克斯光由端口 4進(jìn)入后續(xù)光電處理單元。背向散射光的其余部 分則由濾波片1反射進(jìn)入濾波片2，其中的斯托克斯光從端口 3透射出去。此時(shí)背向散射 光中主要是瑞利散射光，它經(jīng)過環(huán)形器9從端口 8進(jìn)入后續(xù)光電處理單元。至此，完成 溫度敏感信號(hào)(反斯托克斯散射信號(hào))和參考信號(hào)(瑞利散射信號(hào))的提取。經(jīng)過濾波 的瑞利散射光信號(hào)作為參考信號(hào)則從端口 16進(jìn)入后續(xù)光電處理單元。溫度敏感信號(hào)則亦 然出自端口 4。
權(quán)利要求
1.一種新型瑞利解調(diào)器，其特征在于濾波片(1)和濾波片(2)相連，濾波片(2)和 分光器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型瑞利解調(diào)器，其特征在于所述的濾波片(1)和濾 波片(2)之間，以及濾波片(2)和分光器之間通過光纖相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型瑞利解調(diào)器，其特征在于濾波片(1)僅允許反 斯托克斯光信號(hào)透射，反射非反斯托克斯光信號(hào)；濾波片(2)僅允許斯托克斯光信號(hào)透 射，反射非斯托克斯光信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型瑞利解調(diào)器，其特征在于所述的分光器可以是 光纖耦合器或者光纖環(huán)形器等具有分光功能的器件中的一種。
5.一種新型瑞利解調(diào)器的解調(diào)方法，其特征在于，所述的解調(diào)方法包括下列步驟a、激光脈沖信號(hào)經(jīng)過分光器到達(dá)濾波片(2)，被全部反射到達(dá)濾波片(1)；b、激光脈沖信號(hào)經(jīng)濾波片(1)反射進(jìn)入后續(xù)傳感光纖；C、光在傳感光纖中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生背向散射，背向散射光沿著光進(jìn)入的方向原路返回；d、背向散射光經(jīng)過濾波片(1)，其中的反斯托克斯光透過濾波片(1)進(jìn)入后續(xù)處理 單元；e、被濾波片(1)反射回的背向散射光經(jīng)過濾波片(2)時(shí)，其中的斯托克斯光透過濾 波片⑵被分離出來；f、此時(shí)背向散射光中只剩下比較干凈的瑞利散射光，經(jīng)過分光器輸出到后續(xù)處理單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型瑞利解調(diào)器及其解調(diào)方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明主要通過將兩片濾波片和一個(gè)分光器順序連接，將傳感光纖中產(chǎn)生的反斯托克斯光、斯托克斯光和瑞利散射光等后向散射光分離出來，得到作為測量溫度信號(hào)的反斯托克斯光和作為參考信號(hào)的瑞利散射光。通過采用該技術(shù)方案，可以最大程度的減少反斯托克斯光信號(hào)的損耗，提高了系統(tǒng)信噪比；避免了受激拉曼散射的影響；最后，定比例耦合器或者環(huán)形器的引入可以減少輸入光功率的損耗，從而也提高了系統(tǒng)信噪比。
文檔編號(hào)G02B6/293GK102012599SQ20101050071
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 皋魏, 郭兆坤 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司