[发明专利]一种采用随机激光放大的长距离偏振及相位敏感光时域反射计

说明书

技术领域

本方法涉及光纤传感技术领域，具体涉及采用光纤随机激光作为分布式泵浦源的长距离偏振及相位敏感光时域反射计。 

背景技术

分布式光纤传感技术中光纤既是传输介质，优势传感元件，它同时获得整个光纤长度上被测量参数的空间分布状态和随时间变化的信息，非常适合用于长距离光缆的安全防护、以及基于光缆的周界安防应用。由于光纤中传输的光脉冲的相位和偏振态对光纤线路的微扰很敏感，所以利用光纤中传输光脉冲的相位和偏振态随线路状态的改变而改变的这一特性，制成的相位敏感光时域反射计（Phase-Sensitive Optical Time-Domain Reflectometer，简写为Φ-OTDR）或偏振光时域反射计（Polarization Optical Time Domain Reflectometer，简写为POTDR）可以检测出光纤线路是否受到微扰，这有助于判断是否有人接近通信光缆以便提前预警，最低限度避免光缆遭到破坏。 

传统的相位/偏振敏感光时域反射计采用前端集中放大方式，无法保证光纤末端的测量精度，原因在于：首先，布里渊泵浦光峰值功率不能过高，否则会导致调制不稳定性、自相位调制引起的频谱展宽以及测量精度下降；其次，光纤损耗及泵浦消耗效应也会影响光纤后端的测量分辨率；最后，随着对空间分辨率要求的提高，所用脉冲宽度会越来越窄，使得布里渊泵浦脉冲所携带的能量下降，最终导致测量精度下降。 

尽管采用传统的一阶分布式拉曼放大技术可在一定程度上提高光信号的空间分布均匀性，确保测量精度的全程一致性；但拉曼泵浦源相对强度噪声RIN通常大于－100dBc/Hz，泵浦向布里渊信号的RIN转移将成为限制传感距离延伸、精度提高的重要制约因素。 

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种偏振及相位敏感光时域反射计，其能克服现有技术中存在的噪音大，传感距离延伸和测量精度无法保证等缺点，其充分利用了光纤随机激光所具有的稳定性好、噪声低、特别适合于长距离光传输、结构简单、低成本等诸多优势，实现真正意义上的低噪声分布式光放大，从而有效延伸传感距离。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

基于单边泵浦产生的光纤随机激光进行分布式拉曼放大的长距离偏振及相位敏感光时域反射计，包括激光器（1），任意波形发生卡（2），声光调制器（3），掺铒光纤放大器EDFA（4），环形器（5），1365nm泵浦激光源（6-1），传感光纤（7），1455 nm FBG（8-1），波分复用器（9-1），带通滤波器BPF（10），3dB耦合器（11）偏振分束器PBS（12），光电探测器阵列（13），多通道A/D数据采集卡（14）；

其系统特征在于：激光器（1）的输出端接声光调制器（3）的输入端，声光调制器（3）的输出端接掺铒光纤放大器EDFA（4）的输入端，掺铒光纤放大器EDFA（4）的输出端接环形器（5）第一输入端，然后环形器（5）第二输出端口外接波分复用器（9-1）第一输入端，波分复用器（9-1）公共端口接传感光纤（7）的一端，传感光纤（7）的另外一端接1455nm FBG（8-1）的输入端；环形器的第三端口输出端接带通滤波器BPF（10）的输入端，带通滤波器的输出端接3dB耦合器（11）的输入端，3dB耦合器（11）的其中一个输出端接偏振分束器（12）的输入端；3dB耦合器的另外一个输出端直接接光电探测器阵列（13）；任选偏振分束器的一个输出端接光电探测器阵列（13）的输入端，光电探测器的输出端接PC上的A/D数据采集卡（14）。

所述的基于单边泵浦产生的光纤随机激光进行分布式拉曼放大的长距离偏振及相位敏感光时域反射计，其外调制的声光调制器（3）的脉冲触发是通过任意波形发生卡产生的； 

所述的基于单边泵浦产生的光纤随机激光进行分布式拉曼放大的长距离偏振及相位敏感光时域反射计，通过1365nm泵浦光（6-1）、传感光纤（7）、1455nm的FBG（8-1）共同组合作用在传感光纤中形成随机激光。

所述的基于单边泵浦产生的光纤随机激光进行分布式拉曼放大的长距离偏振及相位敏感光时域反射计，其特征在于：1365nm泵浦光（6-1）与1455nm FBG（8-1）工作在传感光纤的同侧或者异侧，泵浦光与1455nm FBG（8-1）在传感光纤的前端或末端。