一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種分布式光纖傳感領(lǐng)域中的布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)，具體 是一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光且可進(jìn)行相干檢測(cè)的布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于光纖中后向布里淵散射信號(hào)進(jìn)行溫度及應(yīng)力傳感在近幾十年來受到廣泛 關(guān)注。相對(duì)于電傳感器及光纖光柵傳感器而言，其主要優(yōu)勢(shì)在于更長的傳感距離（可達(dá) l〇〇km)，更高的空間分辨率（可達(dá)Icm)以及利用傳輸光纖本身作為傳感器。常見的基于后 向布里淵散射效應(yīng)的分布式光纖傳感技術(shù)有布里淵光時(shí)域反射傳感技術(shù)和布里淵光時(shí)域 分析傳感技術(shù)。布里淵光時(shí)域反射傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但信噪比較低，布里淵光時(shí)域 分析傳感系統(tǒng)可以很大程度上提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)更長的傳感距離。常見的布里淵光時(shí) 域分析傳感系統(tǒng)往往采用10~IlGHz的微波信號(hào)作為掃頻信號(hào)，并采用直接探測(cè)的方式。 帶來的問題一是對(duì)微波源有較高的要求，二是直接探測(cè)信噪比較低。不同于直接探測(cè)的方 式，相干探測(cè)的方式可以大幅度提高信噪比，目前已知的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng) 主要有以下兩類：l)AnderZornoza等人于2012年提出的利用微波整形電脈沖通過電光強(qiáng) 度調(diào)制器外調(diào)制光載波產(chǎn)生頻移泵浦光，再利用射頻信號(hào)通過電光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制光載 波產(chǎn)生信號(hào)光；2)MichelDossou等人于2013年提出的利用級(jí)聯(lián)的電光強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生信 號(hào)光。方法1)利用邊帶光作為泵浦光會(huì)因?yàn)楸闷窒牟荒軇?dòng)態(tài)補(bǔ)償導(dǎo)致非本地效應(yīng)，方法 2)中利用電光強(qiáng)度調(diào)制器進(jìn)行載波抑制調(diào)制，會(huì)因?yàn)檩d波抑制比低從而引入相干噪聲，同 時(shí)載波抑制產(chǎn)生的多個(gè)邊帶會(huì)惡化系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干 布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)。將光源產(chǎn)生的光載波分為兩路，其中一路被電脈沖外調(diào)制，產(chǎn) 生脈沖泵浦光；另外一路被9. 6GHz的微波信號(hào)通過工作在載波抑制點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器 外調(diào)制產(chǎn)生載波抑制的兩個(gè)一階邊帶（即本地光），由于電光強(qiáng)度調(diào)制器載波抑制比高，產(chǎn) 生的邊帶比電光強(qiáng)度調(diào)制器少，所以可以減少相干噪聲和消除多邊帶對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 參考光被I. 1~I. 3GHz的射頻信號(hào)通過電光強(qiáng)度調(diào)制器進(jìn)一步調(diào)制產(chǎn)生對(duì)稱的一階邊帶 作為連續(xù)信號(hào)光。對(duì)稱的信號(hào)光可以有效補(bǔ)償泵浦的消耗，減小非本地效應(yīng)。
[0004] 本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)，其特征在于，激光 器1輸出中心頻率為fQ的光載波通過50:50光耦合器2分為兩路；一路經(jīng)過偏振控制器 3后被微波信號(hào)發(fā)生器5產(chǎn)生的微波信號(hào)通過工作在載波抑制點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器4外 調(diào)制；微波信號(hào)發(fā)生器4的輸出信號(hào)頻率為fw;電光強(qiáng)度調(diào)制器4的輸出光為中心頻率為 fQ±9. 6GHz的兩個(gè)一階邊帶，經(jīng)過偏振控制器6后被射頻信號(hào)發(fā)生器7產(chǎn)生的射頻信號(hào)通 過電光強(qiáng)度調(diào)制器8外調(diào)制；射頻信號(hào)發(fā)生器7的輸出頻率為fs;電光強(qiáng)度調(diào)制器8的輸出 光經(jīng)過摻鉺光纖放大器9的光信號(hào)放大和擾偏器10的偏正態(tài)快速擾動(dòng)后，作為連續(xù)探測(cè)光 通過光隔離器11送入測(cè)試光纖12 ;另一路經(jīng)過偏振控制器13后被脈沖信號(hào)發(fā)生器15產(chǎn)生 的脈沖信號(hào)通過電光強(qiáng)度調(diào)制器14外調(diào)制后產(chǎn)生脈沖光，該脈沖光被摻鉺光纖放大器16 放大后作為脈沖泵浦光通過光環(huán)形器17進(jìn)入測(cè)試光纖12。連續(xù)探測(cè)光與脈沖泵浦光作用 后順序經(jīng)過布拉格光柵18、光電探測(cè)器19、帶通濾波器20得到載頻為fs的分量，該分量經(jīng) 過低噪聲放大器21的放大后，加載在該載頻上的幅度信息被IQ解調(diào)器22解調(diào)，IQ解調(diào)器 解調(diào)出的I路及Q路信號(hào)被數(shù)據(jù)采集卡23采集。
[0006] 這樣，在本發(fā)明系統(tǒng)中，激光器1輸出的光載波中心頻率為&，該光載波通過 50:50耦合器2分為兩份，一份被脈沖信號(hào)發(fā)生器14產(chǎn)生的電脈沖通過電光強(qiáng)度調(diào)制器14 外調(diào)制成脈沖光作為系統(tǒng)的泵浦光。另一份被工作在載波抑制點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器4外調(diào) 制成頻率為的兩個(gè)一階邊帶，作為系統(tǒng)的本地光，其中為微波信號(hào)發(fā)生器4的固 定輸出頻率。本地光進(jìn)一步被由射頻信號(hào)發(fā)生器7驅(qū)動(dòng)的電光強(qiáng)度調(diào)制器8外調(diào)制，產(chǎn)生 頻率為fQ土fw±fs的對(duì)稱邊帶，其中fVU+fVSfVU-f；分量作為系統(tǒng)的探測(cè)光，fs為射 頻信號(hào)發(fā)生器7輸出的可調(diào)諧頻率。探測(cè)光與泵浦光在光纖中相互作用且經(jīng)過布拉格光柵 的濾波之后，到達(dá)光電探測(cè)器19的光場(chǎng)表達(dá)式為：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)，其特征在于，激光器 (1)輸出中心頻率為f Q的光載波通過50:50光耦合器（2)分為兩路；一路經(jīng)過第一偏振控 制器（3)后被微波信號(hào)發(fā)生器（5)產(chǎn)生的微波信號(hào)通過工作在載波抑制點(diǎn)的第一電光強(qiáng)度 調(diào)制器⑷外調(diào)制；微波信號(hào)發(fā)生器（5)的輸出信號(hào)頻率為f w;第一電光強(qiáng)度調(diào)制器（4) 的輸出光為中心頻率為f〇±9. 6GHz的兩個(gè)一階邊帶，經(jīng)過第二偏振控制器（6)后被射頻信 號(hào)發(fā)生器（7)產(chǎn)生的射頻信號(hào)通過第二電光強(qiáng)度調(diào)制器（8)外調(diào)制；射頻信號(hào)發(fā)生器（7) 的輸出頻率為f s;第二電光強(qiáng)度調(diào)制器（8)的輸出光經(jīng)過摻鉺光纖放大器（9)的光信號(hào)放 大和擾偏器（10)的偏正態(tài)快速擾動(dòng)后，作為連續(xù)探測(cè)光通過光隔離器（11)送入測(cè)試光纖 (12);另一路經(jīng)過第三偏振控制器（13)后被脈沖信號(hào)發(fā)生器（15)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過第 三電光強(qiáng)度調(diào)制器（14)外調(diào)制后產(chǎn)生脈沖光，該脈沖光被摻鉺光纖放大器（16)放大后作 為脈沖泵浦光通過光環(huán)形器（17)進(jìn)入測(cè)試光纖（12)。連續(xù)探測(cè)光與脈沖泵浦光作用后順 序經(jīng)過布拉格光柵（18)、光電探測(cè)器（19)、帶通濾波器（20)得到載頻為f s的分量，該分量 經(jīng)過低噪聲放大器（21)的放大后，加載在該載頻上的幅度信息被IQ解調(diào)器（22)解調(diào)，IQ 解調(diào)器解調(diào)出的I路及Q路信號(hào)被數(shù)據(jù)采集卡（23)采集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系 統(tǒng)，其特征在于，所述微波信號(hào)發(fā)生器（5)的輸出信號(hào)頻率固定為9. 6GHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系 統(tǒng)，其特征在于，射頻信號(hào)發(fā)生器（7)的輸出頻率&在1. 1~1. 3GHz范圍內(nèi)可調(diào)諧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系 統(tǒng)，其特征在于，采用快速IQ解調(diào)器進(jìn)行幅度和相位解調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于強(qiáng)度調(diào)制探測(cè)光的相干布里淵光時(shí)域分析傳感系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，泵浦光由電脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制光載波產(chǎn)生，本地光由微波信號(hào)驅(qū)動(dòng)工作在載波抑制點(diǎn)的電光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制同頻光載波產(chǎn)生，對(duì)本地光通過電光強(qiáng)度調(diào)制器外調(diào)制產(chǎn)生對(duì)稱邊帶作為探測(cè)光，電光強(qiáng)度調(diào)制器由頻率可調(diào)的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。探測(cè)光兩個(gè)分量分別同時(shí)掃描泵浦光的布里淵增益區(qū)和損耗區(qū)，其被布里淵增益譜幅度調(diào)制的同時(shí)可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償泵浦光的消耗從而減小非本地效應(yīng)。探測(cè)光與本地光通過光電探測(cè)器拍頻，將布里淵增益譜信息加載到GHz的高頻載波上來避免基帶噪聲損傷，同時(shí)利用相干檢測(cè)提高了整個(gè)系統(tǒng)的信噪比。
【IPC分類】G01D21-02, G01K11-32, G01L1-24
【公開號(hào)】CN104655185
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510001993
【發(fā)明人】閆連山, 李宗雷, 邵理陽, 張志勇, 潘煒, 羅斌
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月4日