[发明专利]基于超结构光纤光栅滤波器的自发布里渊散射测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超结构光纤光栅滤波器(又称双峰滤波器)的光纤自发布里渊散射信号测量方法，主要用于光纤自发布里渊散射信号的测量，属于传感技术领域。

背景技术

滤波器设计与制作是光纤自发布里渊散射信号测量的关键。由于布里渊信号的特点(光纤中的散射频谱如图1所示)，市场上很难得到相匹配的滤波器，目前现有的方案中主要采用干涉仪来实现，但是常用的光纤型M-Z干涉仪存在稳定性差，不易调节等问题，只能在一些实验室环境下使用，而F-P干涉仪由于其插入损耗大也不适合做长距离的测量。因此提高滤波器的性能，加强稳定性成为基于布里渊散射的分布式光纤传感系统实用化的首要问题。光纤光栅被广泛用于制作各种传感和通信所需的全光滤波器，但是传统光纤光栅滤波器无法满足BOTDR的需求，因为瑞利与布里渊散射波长间隔近(11G)，自发布里渊效应会在瑞利峰两侧产生两个间隔约0.17nm的Stokes和anti-Stokes峰，它们比瑞利低近30dB。要将间隔0.17nm的两个布里渊反射峰同时滤出，并且对中央的瑞利峰抑制30dB以上，这对光栅滤波器设计与制作的波长精准、消光比和带宽控制都提出很高的要求。近年来由南安普顿大学光学中心首先提出的超结构光纤光栅技术可以实现各种复杂全光滤波器，所谓超结构是指通过精确控制光栅制作中的变迹和相移函数控制滤波器的幅度谱和相位谱，进而实现任意滤波器的一项新技术。

因此，必须依托现有设备，对滤波器设计与制作技术进行创新，利用较低精度的工艺制作出性能符合要求的滤波器。从而有效的提取布里渊信号。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于超结构光纤光栅滤波器的光纤自发布里渊散射信号测量方法，在设计制作超结构光纤光栅滤波器基础上对测量方案进行改进，在时域上分析背向布里渊散射信号的功率和频移，研究单端同时测量温度和应力的BOTDR系统方案。系统构成简单，成本低，稳定性高，具有较强的实用价值。

技术方案：本发明的基于超结构光纤光栅滤波器的自发布里渊散射测量方法，用窄线宽分布反馈光纤激光器和宽带脉冲激光器组成的双光源方式抑制相干瑞利噪声，根据光纤的长度产生相应脉宽的脉冲光经极化控制后馈入被测光纤，背向反射信号通过环形器端口进入滤波器组，分别调节可调超结构光栅滤波器，以实现最大程度的提取待测信号，滤波信号送入高灵敏度的光电转换模块和信号处理模块，通过数据累加和小波消噪处理在计算机显示光纤分布曲线。

光纤光栅滤波器选用易于设计制作、性能稳定可靠的超结构光纤光栅滤波器。

通过设计和制作可以得到与自发布里渊信号谱线一致的双峰结构，更适合于布里渊信号的提取。

所述的采用双光源方式抑制相干瑞利噪声，分别测得布里渊信号和瑞利信号的强度，通过二者的强度之比消除由于接头损耗等带来的影响。

有益效果：为了有效解决布里渊信号的提取，我们设计制作了波长可调超结构光纤光栅滤波器，并提出了将“波长可调超结构光纤光栅滤波器技术”应用于布里渊信号的分离，进而实现布里渊信号的检测。超结构光纤光栅滤波器作为瑞利和布里渊信号分离的主要部件，具有抑制比高、滚降特性好、线宽窄、中心波长可调、插损低、稳定性高等特点。可以将峰值波长间隔为0.17nm左右的布里渊信号提取出来，而对瑞利信号则起到滤除的作用。基于该滤波器构成的自发布里渊测量装置结构简单，稳定性高，可以实现温度与应力的同时检测。

附图说明

图1光纤散射频谱，

图2超结构光纤光栅滤波器谱线，

图3自发布里渊散射测量系统框图，其中的1、2、3、4分别代表环行器的4个端口，即第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4。

图4超结构光纤光栅滤波器组，其中的1、2、3、4分别代表环行器的4个端口，即第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4。

具体实施方式

首先采用可重构-等效啁啾(REC)技术，并根据布里渊信号的特点，确定超结构光纤光栅滤波器的指标：滤波器的中心波长λ＝1543.8nm，双峰间距d＝0.176nm。制作出图2所示的超结构光纤光栅滤波器，该曲线是利用宽谱光源测得其反射谱线。

在成功制作双峰滤波器的基础上，基于双光源、光栅滤波的BOTDR方案如图3

所示。由于窄线宽光源会导致相干瑞利噪声，因此为了获得瑞利散射基准和布里渊散射信号我们采用了双光源方案。