[发明专利]基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。

背景技术

分布式光纤传感系统因具有显著的连续性优点（即只需一根光纤就可以准确感知光纤上任一点的信息），已被广泛应用于通信、交通、国防、土木、电力等领域。现有的分布式光纤传感系统主要分为三种：基于瑞利散射的分布式光纤传感系统、基于拉曼散射的分布式光纤传感系统、基于布里渊散射的分布式光纤传感系统。其中，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于其在温度和应变测量上所能达到的测量精度、传感距离、空间分辨率相比另外两种分布式光纤传感系统具有明显的优势，并且能实现对温度和应变的同时测量，而成为该领域的研究热点。然而实践表明，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于在探测温度和应变时是使用一阶斯托克斯波的频移量来进行表征，导致其存在探测灵敏度低的问题（温度灵敏度仅为1.1MHZ/^oC，应变灵敏度仅为0.05MHz/με）。基于此，有必要发明一种全新的分布式光纤传感系统，以解决现有分布式光纤传感系统存在的上述问题。

发明内容

本发明为了解决现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题，提供了一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。

本发明是采用如下技术方案实现的：

基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器、偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、可调光滤波器、光电探测器、数据采集卡、谐振腔；

所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器、第三掺铒光纤放大器、第二光环行器、第三光环行器、第一双向光分路器、第二双向光分路器、单模传感光纤；

其中，可调单频激光器的出射端与偏振控制器的入射端连接；偏振控制器的出射端与电光调制器的入射端连接；电光调制器的出射端与第一掺铒光纤放大器的入射端连接；第一掺铒光纤放大器的出射端与第一光环行器的入射端连接；第一光环行器的反射端与第一双向光分路器的第一个下行端口连接；第一双向光分路器的上行端口和第二双向光分路器的上行端口之间通过单模传感光纤连接；第一双向光分路器的第二个下行端口与第二光环行器的入射端连接；第二光环行器的出射端与第二掺铒光纤放大器的入射端连接；第二光环行器的反射端与第二掺铒光纤放大器的出射端连接；第二双向光分路器的第二个下行端口与第三光环行器的入射端连接；第三光环行器的出射端与第三掺铒光纤放大器的入射端连接；第三光环行器的反射端与第三掺铒光纤放大器的出射端连接；第一光环行器的出射端与可调光滤波器的入射端连接；可调光滤波器的出射端与光电探测器的入射端连接；光电探测器的信号输出端与数据采集卡的信号输入端连接。

具体工作过程如下：可调单频激光器发出的激光作为探测光，该激光依次经偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、第一双向光分路器进入谐振腔，并在单模传感光纤中产生受激布里渊散射。与此同时，第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器发出的自发辐射光在谐振腔中进行谐振，当第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器的功率足够大时，自发辐射光谐振产生多波长布里渊激光（第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器的功率越大，谐振产生的布里渊激光的波长越多）。多波长布里渊激光与受激布里渊散射在单模传感光纤中进行拍频，由此产生拍频光信号。拍频光信号依次经第一光环行器、可调光滤波器进入光电探测器，并经光电探测器转换为拍频电信号后进入数据采集卡。数据采集卡对拍频电信号进行拍频分析，由此获取单模传感光纤的温度值和应变值。在此过程中，偏振控制器的作用是调节可调单频激光器发出的激光进入电光调制器的偏振态，以获得最大的输出功率。电光调制器的作用是加载脉冲信号。第一掺铒光纤放大器的作用是保证可调单频激光器发出的激光具有足够功率，以使激光在单模传感光纤中产生受激布里渊散射。

基于上述过程，与现有分布式光纤传感系统相比，本发明所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统基于全新的光路结构，并利用多波长布里渊激光，实现了对单模传感光纤的温度值和应变值进行高灵敏度探测，由此具备了如下优点：与基于布里渊散射的分布式光纤传感系统相比，本发明在探测温度和应变时使用多波长布里渊激光的频移量来进行表征，由此大幅提高了探测灵敏度（温度灵敏度能够提高至50MHZ/^oC，应变灵敏度能够提高至2.5MHz/με）。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题，适用于分布式光纤传感领域。

附图说明