專利名稱：一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀， 主要應(yīng)用于光纖傳感網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在目前全分布式光纖傳感技術(shù)中，基于布里淵散射的全分布式光纖傳感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光纖中的溫度和應(yīng)變的長距離連續(xù)分布式測(cè)量，可應(yīng)用于大型建筑、公路、隧道、橋梁、大壩、通信光纜、油氣管道等健康狀況的監(jiān)測(cè)和測(cè)量，有著廣闊的應(yīng)用前景。基于自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀(BOTDR)相對(duì)于其他分布式光纖傳感器，具有單端進(jìn)行傳感測(cè)量和能對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)傳感的優(yōu)點(diǎn)。光纖中的布里淵散射是一種非彈性散射，源于入射光的部分光子與光纖介質(zhì)的聲學(xué)聲子相互作用。布里淵散射光的強(qiáng)度和頻移受光纖所處環(huán)境的溫度和應(yīng)力影響，所以通過測(cè)量背向布里淵散射信號(hào)的強(qiáng)度或頻移就可以得到光纖的溫度和應(yīng)變的分布情況。傳統(tǒng)BOTDR系統(tǒng)對(duì)布里淵散射信號(hào)的探測(cè)方法相干探測(cè)和直接探測(cè)兩種。直接探測(cè)的原理為直接通過解調(diào)背向布里淵散射信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行傳感的BOTDR采用了光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)，即向光纖中耦合進(jìn)一個(gè)光脈沖，通過接收到反射信號(hào)與發(fā)射光脈沖之間的時(shí)間差來確定空間位置，通過直接測(cè)量背向布里淵散射信號(hào)的強(qiáng)度或測(cè)定布里淵散射和瑞利散射信號(hào)的強(qiáng)度比(Landau-Placzek ratio)來解調(diào)出沿光纖相應(yīng)位置的溫度、應(yīng)變信息。P. C. Wait等于1996年報(bào)道了該方法(P. C. Wait, Τ. P. Newson, "Landau Placzek ratio applied to distributed fibre sensing", Optics Communications, 1996，122: pp. 141-146)。對(duì)BOTDR而言，雖然具有便捷的單端測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，但由于利用的自發(fā)布里淵散射光強(qiáng)微弱，傳統(tǒng)探測(cè)器測(cè)量的信噪比較低，檢測(cè)困難。 BOTDR系統(tǒng)的空間分辨率受探測(cè)脈沖寬度和探測(cè)器的帶寬限制，要提高空間分辨率必須提高減小探測(cè)脈沖寬度并且增加探測(cè)器的帶寬，而模擬探測(cè)器帶寬越寬，等效噪聲功率值越大，即可探測(cè)到的最小功率越大，因此系統(tǒng)的空間分辨率和溫度、應(yīng)變的分辨率難以同時(shí)提尚ο傳統(tǒng)的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀(BOTDR)由于采用的是模擬探測(cè)器，受到模擬探測(cè)器等效噪聲功率(NEP)和帶寬的限制，對(duì)微弱的背向布里淵散射信號(hào)的探測(cè)能力有限，因此傳統(tǒng)基于模擬探測(cè)器的BOTDR系統(tǒng)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍，高空間分辨率和高應(yīng)變/溫度測(cè)量精度的測(cè)量。目前，國外采用模擬探測(cè)器的BOTDR系統(tǒng)已有商業(yè)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品采用相干探測(cè)的探測(cè)方法，也有一些相關(guān)的專利資料，但是沒有發(fā)現(xiàn)將超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器應(yīng)用于 BOTDR系統(tǒng)的專利資料和文獻(xiàn)。超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器是一種新型的光電探測(cè)器，具有低的抖動(dòng)時(shí)間(典型值為50ps)和超低的等效噪聲功率(典型值為NEP ^ IO-18WHz-172,比模擬探測(cè)器小3-4個(gè)數(shù)量級(jí))，因此，理論上將超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器作為BOTDR系統(tǒng)的探測(cè)單元并采用光子計(jì)數(shù)技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的靈敏度，可以同時(shí)提高BOTDR系統(tǒng)的空間分辨率和測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，用于同時(shí)提高BOTDR系統(tǒng)的空間分辨率和測(cè)量精度。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案由光脈沖產(chǎn)生單元發(fā)出的光脈沖經(jīng)環(huán)形器耦合進(jìn)傳感光纖，從傳感光纖散射回的后向散射光經(jīng)光濾波單元濾除瑞利散射光后得到布里淵散射光，由超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元探測(cè)背向散射光信號(hào)，最后從探測(cè)單元輸出的電信號(hào)由數(shù)據(jù)采集處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和處理，通過一定的解調(diào)關(guān)系給出結(jié)果。與目前已有研究的BOTDR系統(tǒng)不同之處在于，本發(fā)明所述的BOTDR系統(tǒng)采用了等效噪聲功率(NEP)低和無帶寬限制的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器作為探測(cè)單元，并采用了單光子計(jì)數(shù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是所述光脈沖產(chǎn)生單元由窄線寬激光器發(fā)射探測(cè)光，經(jīng)偏振控制器后由經(jīng)脈沖發(fā)生器控制的具有高消光比的電光調(diào)制器調(diào)制成一定脈寬的光脈沖信號(hào)，調(diào)制頻率視傳感光纖長度而定。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是所述光脈沖產(chǎn)生單元也可以是能產(chǎn)生脈沖寬度滿足要求的窄線寬脈沖激光器。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是用于傳感的光纖一般是標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖，也可以是其他類型的單模光纖。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是所述環(huán)形器可以由3dB光纖耦合器代替。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是所述濾波器單元可以是能達(dá)到將瑞利散射光和布里淵散射光分離的反射式光纖光柵，兩個(gè)光纖光柵及隔離器組成的雙光纖光柵濾波器，法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉儀，馬赫曾德 (Mach-Zehnder)干涉儀，窄帶寬(3dB帶寬小于0. 09nm)的其他光濾波器中的一種。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元由超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器和讀出電路組成。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是所述超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器以NbN超導(dǎo)納米線為敏感材料并置于所述冷卻系統(tǒng)中。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是數(shù)據(jù)采集處理單元由能記錄光電信號(hào)達(dá)到與光脈沖發(fā)射時(shí)間間隔，并能對(duì)所探測(cè)的光子數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的硬件構(gòu)成。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是數(shù)據(jù)采集處理單元包括時(shí)間間隔分析儀和數(shù)字信號(hào)處理器。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是所述的數(shù)據(jù)采集處理單元可以由能實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)光子計(jì)數(shù)功能的其他硬件構(gòu)成，如光子計(jì)數(shù)器與高速數(shù)字示波器組合，或采集卡與計(jì)算機(jī)組合，或多道分析儀(Multichannel Analyzer)。
所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征是脈沖發(fā)生器能同時(shí)對(duì)所述電光調(diào)制器進(jìn)行電脈沖調(diào)制和對(duì)所述數(shù)據(jù)采集處理單元進(jìn)行時(shí)鐘控制。所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀具有以下優(yōu)點(diǎn)1.將超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器應(yīng)用于BOTDR傳感系統(tǒng)，并為BOTDR傳感系統(tǒng)添加了一種光子計(jì)數(shù)的信號(hào)探測(cè)和處理方法。2.具有高空間分辨率和高測(cè)量精度。超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器具有低的抖動(dòng)時(shí)間(典型值為50ps)和低暗計(jì)數(shù)率的雙重優(yōu)點(diǎn)，與模擬探測(cè)器相比，其最小可探測(cè)功率約小 7個(gè)量級(jí)，與基于雪崩二極管的單光子探測(cè)器相比，其最小可探測(cè)功率約小3個(gè)量級(jí)，因此， 基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的BOTDR系統(tǒng)具有更高的靈敏度，可以同時(shí)提高BOTDR系統(tǒng)的空間分辨率和測(cè)量精度，解決空間分辨率和測(cè)量精度同時(shí)提高的矛盾。3.采用對(duì)傳感光纖進(jìn)行分段測(cè)量的方法，可以突破探測(cè)器受飽和功率的限制，在保持高空間分辨率和高測(cè)量精度的同時(shí)，能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，具體方案如實(shí)施例二。


是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步敘述，為本申請(qǐng)的一部分，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明和描述。實(shí)施例一。本實(shí)施例提供一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀。如圖1所示，本實(shí)施例包括光脈沖產(chǎn)生單元100，產(chǎn)生的光脈沖經(jīng)環(huán)形器200，耦合進(jìn)傳感光纖300，由傳感光纖散射回的背向散射光經(jīng)光濾波單元400濾除背向瑞利散射信號(hào)后得到背向布里淵散射信號(hào)，由超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元500探測(cè)該布里淵散射信號(hào)， 最后由數(shù)據(jù)采集處理單元600對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行采集和處理，脈沖發(fā)生器700用于光脈沖產(chǎn)生單元的脈沖調(diào)制和數(shù)據(jù)采集處理單元的時(shí)鐘控制。所述光脈沖產(chǎn)生單元100包括窄線寬激光光源101，偏振控制器102和具有高消光比的電光調(diào)制器103 ；所述超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元500包括置于溫度低于4k冷卻系統(tǒng)中的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器 501 (SNSPD)和探測(cè)器的讀出電路502 ；所述數(shù)據(jù)采集處理單元600包括時(shí)間間隔分析儀 601和數(shù)字信號(hào)處理單元602。光脈沖產(chǎn)生單元100用于產(chǎn)生所需脈寬寬度的光脈沖信號(hào)。一般由窄線寬(典型值為l-5MHz)的分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB)IOl發(fā)射連續(xù)光，然后由經(jīng)脈沖發(fā)生器700控制的電光調(diào)制器103產(chǎn)生光脈沖，由于電光調(diào)制器對(duì)光的偏振態(tài)有依賴，所以連續(xù)光進(jìn)入電光調(diào)制器之前采用偏振控制器102控制光的偏振態(tài)，減小偏振態(tài)的影響；探測(cè)所用的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器靈敏度很高，所調(diào)制的脈沖要求其消光比應(yīng)大于35dB，避免連續(xù)光基底對(duì)探測(cè)信號(hào)的影響。經(jīng)電光調(diào)制器103調(diào)制的光脈沖通過環(huán)形器200耦合進(jìn)傳感光纖300，從傳感光纖 300散射回的背向瑞利和布里淵散射光經(jīng)環(huán)形器200進(jìn)入光濾波單元400，其中環(huán)形器200 也可以由3dB光纖耦合器代替。要將背向布里淵散射光信號(hào)從總的背向散射信號(hào)中分離出來，光濾波單元可以是反射式光纖光柵，兩個(gè)光纖光柵及隔離器組成的雙光纖光柵濾波器，法布里-珀羅 (Fabry-Perot)干涉儀，馬赫曾德(MachIehnder)干涉儀，窄帶寬(3dB帶寬小于0. 09nm) 的其他光濾波器中的一種。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中背向布里淵散射光和瑞利散射光相差只有約 0. 088nm，并且背向布里淵散射光強(qiáng)比背向瑞利散射光強(qiáng)小約3個(gè)量級(jí)，所以濾波器的性能要求較高。濾波器濾除背向瑞利散射光，得到的背向布里淵散射光由超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器501進(jìn)行光電檢測(cè)。超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元500包括超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器501和讀出電路 502 ；探測(cè)器501由NbN納米線作為敏感材料并置于低于4k的冷卻系統(tǒng)冷中。入射探測(cè)器的光信號(hào)很微弱，可以看成是一個(gè)個(gè)的光子，光子經(jīng)探測(cè)器后形成電脈沖信號(hào)輸出。由探測(cè)器讀出電路輸出的電脈沖信號(hào)由數(shù)據(jù)采集處理單元600進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。時(shí)間間隔分析儀601記錄光探測(cè)脈沖進(jìn)入傳感光纖與探測(cè)器接收到后散射光的時(shí)間間隔，用于計(jì)算傳感光纖鏈路中發(fā)生散射的位置，數(shù)字信息處理器602完成時(shí)間相關(guān)的直方圖統(tǒng)計(jì)，得出沿光纖不同位置背向布里淵散射信號(hào)光的強(qiáng)度分布，通過布里淵散射光強(qiáng)度與溫度、應(yīng)變的解調(diào)關(guān)系，得出沿光纖分布的溫度和應(yīng)變的信息，實(shí)現(xiàn)全光纖分布式傳感。實(shí)施例二。本實(shí)施例提供一種能提高動(dòng)態(tài)范圍的基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，與圖1結(jié)構(gòu)的基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀相比，不同之處在于光脈沖產(chǎn)生單元100增加了摻鉺光纖放大器(EDFA) 104和光纖光柵與環(huán)形器組合濾波器105，增加了所述脈沖發(fā)生器700對(duì)所述探測(cè)器的讀出電路進(jìn)行偏置電流控制。摻鉺光纖放大器(EDFA) 104是為了進(jìn)一步放大探測(cè)光脈沖，光纖光柵與環(huán)形器組合濾波器105是為了濾除放大器的自發(fā)輻射噪聲(ASE noise)，組合濾波器中的光纖光柵的反射率要求達(dá)到99%，隔離度大于35dB，中心波長因激光器波長而異，3dB帶寬約為lnm。按本實(shí)施例測(cè)量時(shí)，在一個(gè)脈沖周期(脈沖周期視傳感光纖300長度而定)內(nèi)，由脈沖發(fā)生器700控制探測(cè)器500的偏置電流，將傳感光纖300分成若干段，測(cè)量每一段傳感光纖時(shí)探測(cè)器500的偏置電流設(shè)置為不同值，光強(qiáng)較大時(shí)采用小的偏置電流，以防止探測(cè)器飽和。然后再將各段的測(cè)量結(jié)果依順序進(jìn)行合理的拼接得到整段傳感光纖300的光強(qiáng)分布信息，這樣可以在保持高測(cè)量精度的前提下，提高測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)施例三。本實(shí)施例提供另一種能提高動(dòng)態(tài)范圍的基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，與圖1結(jié)構(gòu)的基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀相比，不同之處在于光脈沖產(chǎn)生單元100增加了摻鉺光纖放大器(EDFA) 104和光纖光柵與環(huán)形器組合濾波器105，在光濾波單元400和超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元500之間增加了一個(gè)可調(diào)光衰減器400A。本實(shí)施例與實(shí)施例二不同的是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，探測(cè)器500的偏置電流恒定， 而控制入射到探測(cè)器的背向布里淵散射信號(hào)的大小，將傳感光纖300分成若干段，為防止探測(cè)器飽和，測(cè)量每一段傳感光纖時(shí)可調(diào)衰減器400A對(duì)背向布里淵散射信號(hào)衰減值不一樣，對(duì)于背向布里淵散射光強(qiáng)時(shí)采用大的衰減值，背向布里淵散射光強(qiáng)較小時(shí)采用小的衰減值。然后再將各段的測(cè)量結(jié)果依順序進(jìn)行合理的拼接得到整段傳感光纖300的光強(qiáng)分布信息，這樣可以在保持高測(cè)量精度的前提下，提高測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)施例四。本實(shí)施例提供另一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，與圖1結(jié)構(gòu)的基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀相比，不同之處在于在光濾波單元400要求能將背向瑞利散射光和背向布里淵散射光分離，并分別由超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元500和數(shù)據(jù)采集處理單元600測(cè)量出它們的光功率，沿傳感光纖300的溫度、應(yīng)變信息通過瑞利光功率與布里淵散射光功率的比值(Landau-Placzek ratio, LPR )進(jìn)行解調(diào)，這種方法可以減小光纖的彎曲損耗、接頭、 耦合、輸入激光功率的波動(dòng)以及脈沖寬度的波動(dòng)等因素導(dǎo)致散射光功率的變化的影響，得到更加準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。雖然本發(fā)明通過具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，但具體實(shí)施例和附圖并非用來限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)，做出各種變形和改進(jìn)，所附的權(quán)利要求應(yīng)包括這些變形和改進(jìn)。
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權(quán)利要求
1.一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于 它包括光脈沖產(chǎn)生單元(100)，產(chǎn)生的光脈沖經(jīng)環(huán)形器(200)，耦合進(jìn)傳感光纖(300)，由傳感光纖散射回的背向散射光經(jīng)光濾波單元(400)濾除背向瑞利散射信號(hào)后得到背向布里淵散射信號(hào)，由探測(cè)單元(500)探測(cè)該布里淵散射信號(hào)，最后由數(shù)據(jù)采集處理單元(600)對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行采集和處理，脈沖發(fā)生器(700)用于光脈沖產(chǎn)生單元的脈沖調(diào)制和數(shù)據(jù)采集處理單元的時(shí)鐘控制；所述光脈沖產(chǎn)生單元(100)包括窄線寬激光光源(101 )，偏振控制器(102)和電光調(diào)制器(103)；所述探測(cè)單元(500)包括置于溫度低于4k冷卻系統(tǒng)中的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器(501) (SNSPD)和探測(cè)器的讀出電路(502);所述數(shù)據(jù)采集處理單元(600)包括時(shí)間間隔分析儀(601)和數(shù)字信號(hào)處理單元(602)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述探測(cè)單元(500)為超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元，反射儀并采用了單光子計(jì)數(shù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述光脈沖產(chǎn)生單元(100)由窄線寬激光器發(fā)射探測(cè)光，經(jīng)偏振控制器 (102)后，由經(jīng)脈沖發(fā)生器控制的具有高消光比的電光調(diào)制器(103)調(diào)制成一定脈寬的光脈沖信號(hào)，調(diào)制頻率視傳感光纖長度而定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述光脈沖產(chǎn)生單元(100)為窄線寬連續(xù)光激光器，偏振控制器和具有高消光比的電光調(diào)制器組成，也可以是能產(chǎn)生脈沖寬度滿足要求的窄線寬脈沖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于用于傳感的光纖(300) —般是標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖，也可以是其他類型的單模光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述將脈沖光耦合進(jìn)傳感光纖的環(huán)形器(200)可以由3dB光纖耦合器代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述濾波器單元(400)可以是能達(dá)到將背向瑞利散射光和背向布里淵散射光分離的反射式光纖光柵，兩個(gè)光纖光柵及隔離器組成的雙光纖光柵濾波器，法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉儀，馬赫-曾德(Mach-khnder)干涉儀，或窄帶寬(小于 0. 09nm)的其他光濾波器中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元(500)由以NbN超導(dǎo)納米線為敏感材料并且置于冷卻系統(tǒng)中的單光子探測(cè)器和探測(cè)器讀出電路組成，所述單光子探測(cè)器能到達(dá)單個(gè)光子的探測(cè)水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集處理單元(600)包括時(shí)間間隔分析儀和數(shù)字信號(hào)處理單元， 具有時(shí)間相關(guān)的光子計(jì)數(shù)能力，即能對(duì)所探測(cè)的光子數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并能記錄探測(cè)器輸出光電信號(hào)與光脈沖產(chǎn)生單元發(fā)光脈沖的時(shí)間間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集處理單元(600)可以由具有光子計(jì)數(shù)性能的其他硬件構(gòu)成，如光子計(jì)數(shù)器與高速數(shù)字示波器組合，或采集卡與計(jì)算機(jī)組合，或多道分析儀 (Multichannel Analyzer)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的自發(fā)布里淵散射光時(shí)域反射儀(BOTDR)，它由光脈沖產(chǎn)生單元發(fā)出的光脈沖經(jīng)環(huán)形器耦合進(jìn)傳感光纖，從傳感光纖散射回的后向散射光經(jīng)光濾波單元濾除瑞利散射光后得到布里淵散射光，由超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)單元探測(cè)背向散射光信號(hào)，最后從探測(cè)單元輸出的電信號(hào)由數(shù)據(jù)采集處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和處理，通過一定的解調(diào)關(guān)系給出結(jié)果。與目前已有的BOTDR系統(tǒng)不同之處在于，本發(fā)明所述的BOTDR系統(tǒng)采用了等效噪聲功率(NEP)低和無帶寬限制的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器作為探測(cè)單元，并采用了單光子計(jì)數(shù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。
文檔編號(hào)G01D3/028GK102506904SQ201110314519
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者張旭蘋, 胡君輝 申請(qǐng)人:南京大學(xué)