一種基于相位調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種分布式光纖傳感領(lǐng)域中的布里淵光時域分析傳感系統(tǒng)，具體 是一種基于相位調(diào)制探測光且可進行相干檢測的布里淵光時域分析傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于光纖中后向布里淵散射信號進行溫度及應(yīng)力傳感在近幾十年來受到廣泛 關(guān)注。相對于電傳感器及光纖光柵傳感器而言，其主要優(yōu)勢在于更長的傳感距離（可達 100km)，更高的空間分辨率（可達1cm) W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)有布里淵光時域反射傳感技術(shù)和布里淵光時域 分析傳感技術(shù)。布里淵光時域反射傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，但信噪比較低，布里淵光時域 分析傳感系統(tǒng)可W很大程度上提高信噪比，從而實現(xiàn)更長的傳感距離。常見的布里淵光時 域分析傳感系統(tǒng)往往采用10?llGHz的微波信號作為掃頻信號，并采用直接探測的方式。 帶來的問題一是對微波源有較高的要求，二是直接探測信噪比較低。不同于直接探測的方 式，相干探測的方式可W大幅度提高信噪比，目前已知的相干布里淵光時域分析傳感系統(tǒng) 主要有W下兩類；l)Ander Zornoza等人于2012年提出的利用微波整形電脈沖通過電光強 度調(diào)制器外調(diào)制光載波產(chǎn)生頻移累浦光，再利用射頻信號通過電光相位調(diào)制器外調(diào)制光載 波產(chǎn)生信號光；2)Michel Dossou等人于2013年提出的利用級聯(lián)的電光相位調(diào)制器產(chǎn)生信 號光。方法1)利用邊帶光作為累浦光會因為累浦消耗不能動態(tài)補償導(dǎo)致非本地效應(yīng)，方法 2)中利用電光相位調(diào)制器進行載波抑制調(diào)制，會因為載波抑制比低從而引入相干噪聲，同 時載波抑制產(chǎn)生的多個邊帶會惡化系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的W上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于相位調(diào)制探測光的相干 布里淵光時域分析傳感系統(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) 生脈沖累浦光；另外一路被9. 6GHz的微波信號通過工作在載波抑制點的電光強度調(diào)制器 外調(diào)制產(chǎn)生載波抑制的兩個一階邊帶（即本地光），由于電光強度調(diào)制器載波抑制比高，產(chǎn) 生的邊帶比電光相位調(diào)制器少，所W可W減少相干噪聲和消除多邊帶對系統(tǒng)性能的影響。 參考光被1. 1?1. 3GHz的射頻信號通過電光相位調(diào)制器進一步調(diào)制產(chǎn)生對稱的一階邊帶 作為連續(xù)信號光。對稱的信號光可W有效補償累浦的消耗，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現(xiàn)的：
[0005] 一種基于強度調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統(tǒng)，其特征在于，激光 器1輸出中屯、頻率為f。的光載波通過50:50光禪合器2分為兩路；一路經(jīng)過偏振控制器 3后被微波信號發(fā)生器4產(chǎn)生的微波信號通過工作在載波抑制點的電光強度調(diào)制器5外 調(diào)制；微波信號發(fā)生器4的輸出信號頻率為片。;電光相位調(diào)制器5的輸出光為中屯、頻率為 片±9. 6GHz的兩個一階邊帶，經(jīng)過偏振控制器6后被射頻信號發(fā)生器7產(chǎn)生的射頻信號通 過電光相位調(diào)制器8外調(diào)制；射頻信號發(fā)生器7的輸出頻率為fs;電光相位調(diào)制器8的輸出 光經(jīng)過滲巧光纖放大器9的光信號放大和擾偏器10的偏正態(tài)快速擾動后，作為連續(xù)探測光 通過光隔離器11送入測試光纖12 ;另一路經(jīng)過偏振控制器13后被脈沖信號發(fā)生器14產(chǎn)生 的脈沖信號通過電光強度調(diào)制器15外調(diào)制后產(chǎn)生脈沖光，該脈沖光被滲巧光纖放大器16 放大后作為脈沖累浦光通過光環(huán)形器17進入測試光纖12。連續(xù)探測光順序經(jīng)過光電探測 器18和帶通濾波器19得到載頻為fs的分量，該分量經(jīng)過低噪聲放大器20的放大后，加載 在該載頻上的幅度信息被IQ解調(diào)器21解調(diào)，IQ解調(diào)器解調(diào)出的I路及Q路信號被數(shù)據(jù)采 集卡22采集。
[0006] 該樣，在本發(fā)明系統(tǒng)中，激光器1輸出的光載波中屯、頻率為f。，該光載波通過 50:50禪合器2分為兩份，一份被脈沖信號發(fā)生器14產(chǎn)生的電脈沖通過電光強度調(diào)制器15 外調(diào)制成脈沖光作為系統(tǒng)的累浦光。另一份被工作在載波抑制點的電光強度調(diào)制器5外調(diào) 制成頻率為片±片。的兩個一階邊帶，作為系統(tǒng)的本地光，其中ft。為微波信號發(fā)生器4的固 定輸出頻率。本地光進一步被由射頻信號發(fā)生器7驅(qū)動的電光相位調(diào)制器8外調(diào)制，產(chǎn)生 頻率為fn±fw±fs的對稱邊帶，其中f o+fw+fs及f o-fw-fs分量作為系統(tǒng)的探測光，f S為射 頻信號發(fā)生器7輸出的可調(diào)諧頻率。探測光與累浦光在光纖中相互作用之后，到達光電探 測器18的光場表達式為：
[0007]
【主權(quán)項】
1. 一種基于強度調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統(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)后被微波信號發(fā)生器（4)產(chǎn)生的微波信號通過工作在載波抑制點的第一電光強 度調(diào)制器（5)外調(diào)制；微波信號發(fā)生器（4)的輸出信號頻率為f w;電光強度調(diào)制器（5)的 輸出光為中心頻率為f〇±9. 6GHz的兩個一階邊帶，經(jīng)過第二偏振控制器（6)后被射頻信號 發(fā)生器（7)產(chǎn)生的射頻信號通過電光相位調(diào)制器（8)外調(diào)制；射頻信號發(fā)生器（7)的輸出 頻率為f s;電光相位調(diào)制器（8)的輸出光經(jīng)過摻鉺光纖放大器（9)的光信號放大和擾偏器 (10)的偏正態(tài)快速擾動后，作為連續(xù)探測光通過光隔離器（11)送入測試光纖（12);另一路 經(jīng)過第三偏振控制器（13)后被脈沖信號發(fā)生器（14)產(chǎn)生的脈沖信號通過第二電光強度調(diào) 制器（15)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)進入測試光纖（12);連續(xù)探測光順序經(jīng)過光電探測器（18)和帶通濾波 器（19)得到載頻為f s的分量，該分量經(jīng)過低噪聲放大器（20)的放大后，加載在該載頻上 的幅度信息被IQ解調(diào)器（21)解調(diào)，IQ解調(diào)器解調(diào)出的I路及Q路信號被數(shù)據(jù)采集卡（22) 米集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于強度調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系 統(tǒng)，其特征在于，所述微波信號發(fā)生器（4)的輸出信號頻率固定為9. 6GHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于強度調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系 統(tǒng)，其特征在于，射頻信號發(fā)生器（7)的輸出頻率f sl. 1?I. 3GHz可調(diào)諧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于強度調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系 統(tǒng)，其特征在于，采用快速IQ解調(diào)器進行幅度和相位解調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于相位調(diào)制探測光的相干布里淵光時域分析傳感系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，泵浦光由電脈沖信號驅(qū)動電光強度調(diào)制器外調(diào)制光載波產(chǎn)生，本地光由微波信號驅(qū)動工作在載波抑制點的電光強度調(diào)制器外調(diào)制同頻光載波產(chǎn)生，對本地光通過電光相位調(diào)制器外調(diào)制產(chǎn)生對稱邊帶作為探測光，電光相位調(diào)制器由頻率可調(diào)的射頻信號驅(qū)動。探測光兩個分量分別同時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)制的同時可以動態(tài)補償泵浦光的消耗從而減小非本地效應(yīng)。探測光與本地光通過光電探測器拍頻，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，同時利用相干檢測提高了整個系統(tǒng)的信噪比。
【IPC分類】G01D5-38
【公開號】CN104567960
【申請?zhí)枴緾N201510002071
【發(fā)明人】閆連山, 李宗雷, 邵理陽, 張志勇, 潘煒, 羅斌
【申請人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月4日