[发明专利]谱线操作的远程光纤干涉系统相位噪声抑制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术，具体涉及基于可恢复谱线操作的远程光纤干涉系统及其相位噪声抑制方法。

背景技术

干涉型光纤传感技术由于其高灵敏度、大动态范围、抗电磁干扰等优点，在水声信号探测、石油勘探、地震波检测等领域取得了广泛应用。随着技术的进一步发展，近年来，干涉型光纤传感技术正朝大阵列、远距离方向发展。然而，传输光纤距离的增长导致了各种非线性效应的发生。特别是受激布里渊散射(SBS)以其低阈值特性成为了远程传输系统中最易发生的非线性效应。当系统输入功率超过SBS阈值时，后向斯托克斯光能量呈指数增长，不仅带来传输功率的大量消耗，并导致系统相位噪声的急剧增大使得系统性能急剧下降。SBS限制了传感系统最大输入功率，从而限制了最大传感距离。所以SBS抑制是远程光纤传感系统中必须要考虑的问题。以前的研究者们提出了各种SBS抑制技术。常见技术包括改变光偏振状态(公开号CN102096267A)，改变光纤掺杂结构(公开号1265199)，改变光纤温度和应力分布(CN101800396A)，相位调制(公开号CN101567725A)等。

其中相位调制技术以其操作简单，抑制效率高等优点具有巨大的应用前景。该技术通过对窄线宽单频光施加周期性相位调制信号以产生多频激光，使传输光各频率组分功率密度降低，从而有效地抑制了SBS(Liu,Lv et al.2009)，在干涉型光纤传感系统中，相位调制可抑制SBS及其引入的相位噪声(Chen and Meng2011)，然而，由式(1)可知，相位调制导致的激光线宽展宽将导致系统相位噪声增加，这限制了相位调制对系统相位噪声的抑制效果。

其中为相位噪声，ΔL为干涉仪臂差，Δυ为激光器谱宽，c为光速。

发明内容

本发明针对现有远程光纤干涉系统由于SBS导致的系统最大输入功率低，相位噪声大以及相位调制导致激光展宽带来的相位噪声增加的问题，提出了基于可恢复谱线操作的远程干涉型光纤传感系统相位噪声抑制方法及装置。

本发明的原理在于利用电光相位调制器在传输光纤输入端产生多频激光以抑制SBS及其带来的相位噪声，在传输光纤输出端再次利用电光相位调制器将调制产生的多频激光恢复成单频激光以抑制线宽展宽带来的相位噪声。该发明的技术目的在于抑制远程光纤干涉系统相位噪声并提高远程光纤干涉系统最大输入功率。

本发明采用的技术方案是：

一种谱线操作的远程光纤干涉系统相位噪声抑制装置，包括：窄线宽单频激光器（1）、第一电光相位调制器（2）、掺铒光纤放大器（3）、传输光纤（4）、第二电光相位调制器（5）、光纤迈克尔逊干涉仪（6）、光电探测器（7）和信号采集及处理装置（8）；所述窄线宽单频激光器（1）连接到第一电光相位调制器（2）的输入端口；所述第一电光相位调制器（2）输出端口经掺铒光纤放大器（3）连接到所述传输光纤（4）输入端口；所述传输光纤（4）输出端口经所述第二电光相位调制器（5）连接到所述光纤迈克尔逊干涉仪（6）输入端口；所述光纤迈克尔逊干涉仪（6）输出端口通过所述光电探测器（7）连接到所述信号采集及处理装置（8）；分别施加到所述第一电光相位调制器（2）与第二电光相位调制器（5）的调制信号之间的相位差为π的奇数倍，并且具有相同的频率和幅度。

进一步地，所述窄线宽单频激光器（1）的输出光为连续光或者脉冲光。

进一步地，所述分别施加到所述第一电光相位调制器（2）与第二电光相位调制器（5）的调制信号均为单频谐波信号，多频调制信号及或者伪随机码（PRBS）相位调制信号。

进一步地，所述光纤迈克尔逊干涉仪（6）包括压电陶瓷和法拉第旋转镜，所述光纤迈克尔逊干涉仪（6）一臂缠绕在所述压电陶瓷上，所述法拉第旋转镜置于光纤迈克尔逊干涉仪（6）两臂末端。

本发明还提供了一种谱线操作的远程光纤干涉系统相位噪声抑制方法，所述远程光纤干涉系统包括传输光纤，所述方法包括以下步骤：

S1.在所述传输光纤输入端口设置第一电光相位调制器，在所述第一电光相位调制器施加第一调制信号；

S2.在所述传输光纤输出端口设置第二电光相位调制器，在所述第二电光相位调制器施加第二调制信号，并且第二调制信号与步骤S1中第一调制信号之间的相位差为π的奇数倍，并且具有相同的频率和幅度。

进一步地，所述第一调制信号和第二调制信号均为单频谐波信号，多频调制信号及或者PRBS相位调制信号。