基于自動電平控制的自發(fā)布里淵散射信號提取裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于自動電平控制的自發(fā)布里淵散射信號提取裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，所報道的基于自發(fā)布里淵散射信號的提取方法主要有兩類，外差檢測和直接檢測。外差檢測方案具有信噪比高、不受光源頻率漂移的影響等優(yōu)點，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本非常高?；诜ú祭?珀羅干涉儀(F-P干涉儀)的直接檢測方法插入損耗較大，超過1dB，對本來就很微弱的布里淵散射信號檢測不利。后來出現(xiàn)了包括本作者在內(nèi)的研究人員設(shè)計的采用馬赫一曾德干涉儀(MZI)提取布里淵散射信號的方法，其具體實現(xiàn)框圖如圖1所示。
[0003]用兩個標準3dB光纖耦合器及其光纖臂連接而成光纖MZI，其中一個光纖臂上纏繞圓筒形壓電陶瓷，使兩臂間引入一定長度差。并在壓電陶瓷兩個電極施加一定的直流電壓，通過調(diào)節(jié)該直流電壓，圓筒壓電陶瓷直徑產(chǎn)生變化，纏繞在其上的光纖長度產(chǎn)生變化，進而實現(xiàn)對MZI兩個臂的光程差的調(diào)節(jié)。當(dāng)在MZI—個輸入端輸入兩個頻率分別為Π和f2的光波時，如果二者的頻差A(yù)f與光纖MZI自由程(FSR)滿足關(guān)系式:
[0004]Af=(k+1/2)FSR
[0005]則調(diào)節(jié)光纖MZI兩臂之間長度差可使兩種不同頻率的光波在第二個耦合器兩個不同端口輸出。
[0006]光纖中的布里淵散射是光波和聲波在光纖中傳播時相互作用而產(chǎn)生的非線性散射光，布里淵散射的斯托克斯光與反斯托克斯光頻率相對于入射光頻率(等于瑞利散射光頻率)產(chǎn)生一個布里淵頻移。這樣，布里淵散射和瑞利散射兩種頻率不同的光波入射到光纖MZI，經(jīng)過壓電陶瓷調(diào)節(jié)兩臂光程差，可以使布里淵散射和瑞利散射從不同端口輸出，在輸出端口加入隔離器，使布里淵散射通過，瑞利散射得到抑制，布里淵散射信號通過隔離器后再次通過光纖MZI，對瑞利散射進一步抑制，最終輸出高純的布里淵散射信號。
[0007]現(xiàn)有基于光纖MZI的布里淵散射信號提取裝置靠手動調(diào)節(jié)壓電陶瓷的驅(qū)動電壓，獲得對瑞利散射的最佳抑制，提取布里淵散射信號。由于布里淵散射信號與瑞利散射信號之間的頻率間隔約為IlGHz左右，相對于光波頻率來說距離非常近，光源信號頻率隨著環(huán)境溫度的變化不斷漂移，并且光纖MZI本身對環(huán)境也非常敏感，使得對瑞利散射的抑制不穩(wěn)定，需要邊觀測邊調(diào)節(jié)，應(yīng)用非常不便，只能用于實驗室，實用化程度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于自動電平控制的自發(fā)布里淵散射信號提取裝置及方法，本發(fā)明通過在光纖MZI中引入自動電平控制技術(shù)實現(xiàn)對瑞利散射抑制的自動調(diào)節(jié)，使布里淵散射信號提取過程自動化，穩(wěn)定可靠，便于將技術(shù)產(chǎn)品化。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種基于自動電平控制的自發(fā)布里淵散射信號提取裝置，包括第一光纖耦合器和第二光纖耦合器，其中，第一光纖耦合器的兩個輸出端分別對應(yīng)連接第二光纖耦合器的兩個輸入端，形成兩個光纖臂，構(gòu)成光纖馬赫-曾德干涉儀，壓電陶瓷纏繞于一個光纖臂上，使兩光纖臂間存在長度差，第二光纖耦合器的瑞利散射信號輸出端連接有第三光纖耦合器，布里淵散射信號輸出端連接隔離器，所述第三光纖耦合器的輸出端連接光電探測器，將瑞利散射光信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電探測器連接對數(shù)放大器，使電信號具有更大的增益，對數(shù)放大器的輸出端連接積分器，對放大的電信號和參考電平進行誤差積分，經(jīng)驅(qū)動放大器使輸出信號達到壓電陶瓷的驅(qū)動電壓范圍，對兩光纖臂的光程差進行調(diào)節(jié)。
[0011 ]所述隔離器使布里淵散射信號通過，抑制瑞利散射信號。
[0012]所述壓電陶瓷為圓筒形壓電陶瓷，使兩光纖臂間引入一定長度差。
[0013]進一步的，所述壓電陶瓷兩個電極施加一定的直流電壓，通過調(diào)節(jié)該直流電壓，圓筒壓電陶瓷直徑產(chǎn)生變化，纏繞在其上的光纖長度產(chǎn)生變化，調(diào)節(jié)兩個光纖臂的光程差。
[0014]所述第一光纖耦合器的輸入端輸入的信號包括兩個頻率，且兩者的頻率差A(yù)f與光纖馬赫-曾德干涉儀的自由程FSR滿足:Δ f = (k+1 /2) FSR，k為整數(shù)。
[0015]所述輸入信號經(jīng)過第二光纖耦合器，布里淵散射信號和瑞利散射信號分別通過兩個不同的輸出口輸出。
[0016]所述參考電平設(shè)置為能夠使瑞利散射處于最小的電平值。
[0017]一種基于自動電平控制的自發(fā)布里淵散射信號提取方法，具體為:第一光纖耦合器的兩個輸出端分別對應(yīng)連接第二光纖親合器的兩個輸入端，形成兩個光纖臂，構(gòu)成光纖馬赫-曾德干涉儀，壓電陶瓷纏繞于一個光纖臂上，使兩光纖臂間存在長度差，使布里淵散射信號和瑞利散射信號從第二光纖耦合器的不同端口輸出，瑞利散射信號經(jīng)過光電檢測器，將瑞利散射光信號轉(zhuǎn)換為電信號，將該信號進行對數(shù)放大，使瑞利散射微弱時獲得更大的增益，提高電路處理的動態(tài)范圍，對數(shù)放大器的輸出與參考電平通過積分器對比較誤差進行積分，經(jīng)驅(qū)動放大器使輸出信號達到壓電陶瓷的驅(qū)動電壓范圍，對兩光纖臂的光程差進行進一步的調(diào)節(jié)，阻止瑞利散射增大，使布里淵散射輸出信噪比達到最佳。
[0018]所述第三耦合器、光電探測器、對數(shù)放大器、積分器、驅(qū)動放大器和光纖馬赫-曾德干涉儀構(gòu)成負反饋環(huán)路，對瑞利散射信號進行自動抑制。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020](I)光纖馬赫-曾德干涉儀的輸出端將信號分為兩路，其中一路瑞利散射信號經(jīng)光電檢測后用于對其的自動電平控制，達到穩(wěn)定獲得布里淵散射信號最佳信噪比的目的；
[0021](2)瑞利散射信號經(jīng)耦合器、光電探測器、對數(shù)放大器、積分器、驅(qū)動放大器和光纖MZI組成負反饋環(huán)路，對瑞利散射進行自動抑制；
[0022](3)參考電平設(shè)置為能夠使瑞利散射處于最小的電平值，這樣，當(dāng)出現(xiàn)由于溫度等環(huán)境變化或激光器本身頻率漂移導(dǎo)致瑞利散射增大時，自動電平控制負反饋環(huán)路可以自動對MZI兩臂的光程差進行調(diào)節(jié)，阻止瑞利散射增大，達到穩(wěn)定布里淵散射輸出信噪比的目的。；
[0023](4)通過自動電平控制技術(shù)來實現(xiàn)對瑞利散射的自動抑制，從而穩(wěn)定的獲得布里淵散射信號，避免了人工邊觀測邊調(diào)節(jié)帶來的應(yīng)用困難，使基于自發(fā)布里淵散射的光纖傳感技術(shù)更易于產(chǎn)品化；
[0024](5)通過自動檢測瑞利散射光強度自動調(diào)節(jié)壓電陶瓷驅(qū)動電壓，不需人工邊觀測邊手動調(diào)節(jié)，解決光源頻率漂移及震動等影響使得瑞利散射的增大導(dǎo)致布里淵散射信號提取困難的問題。
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有的基于馬赫曾德干涉儀的布里淵散射信號提取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]其中:1、光纖親合器，2、壓電陶瓷，3、隔離器，4、驅(qū)動放大器，5、積分器，6、對數(shù)放大器，7、光電探測器，B, R、輸入信號，B、布里淵散射信號，R、瑞利散射信號，C、參考信號。
【具體實施方式】
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[0028]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步