[发明专利]一种基于超连续谱光纤的长距离传感系统

说明书

本发明公开了一种基于超连续谱光纤的长距离传感系统，涉及光纤传感技术领域，核心在于设计了一种长腔的超连续谱光纤随机激光光源，目的在于提高长距离光纤传感系统的复用能力。该系统包括超连续谱光纤激光泵浦模块、光纤随机激光反射镜、长距离单模通信光纤、光纤光栅传感单元和波长解调模块。其有益效果在于：通过光纤随机激光技术产生的超连续光谱，能够有效避免超连续光在光纤传输过程中的损耗，提高了系统的传感距离和信噪比。此外，该超连续光源在传输过程中是逐步被放大的，其谱宽会随着传感距离的延伸进一步展宽，使得更多传感单元能够得到有效的覆盖，大幅提升传感系统的复用能力。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于超连续谱光纤的长距离传感系统。

背景技术

光纤传感具有抗电磁辐射干扰、耐高温、电绝缘性好、损耗小、本质安全等优点，极其适用于危险、复杂且多变的工作环境，而准分布式传感系统相比于分布式传感系统信噪比更高，目前已经广泛应用于高铁、大型土木建筑、海岛监测和电力传输系统等领域。但是随着长距离传感的需求逐渐增多，传统的传感方案已难以满足国防边境、长距离输油管道和长距离输气管道等领域的需求。

光纤随机激光技术最早由Sergei K.Turitsyn等人于2010年提出，相比于传统光纤激光器，该激光器的腔体没有明确的边界，由光纤中随机位置的瑞利散射构成。2012年，Zinan Wang等人基于光纤随机激光技术设计的长距离点式传感系统，能够实现100km超长距离的传感，信噪比高达35dB。该方案为长距离准分布式光纤传感提供了一条新的可行路线，得到了广泛的关注。之后，西班牙学者基于光纤随机激光技术实现了11个位置的同时传感，但是其复用能力仍然受到拉曼光谱谱宽的限制。虽然该限制可以通过可调波长泵浦解决，但波长控制系统较为复杂，波长调节范围有限。

基于超连续光谱的激光器能够覆盖更多的传感单元，提高复用能力，能实现更多传感单元同时监测，但是，如果直接将超连续谱激光输入到长距离的通信光纤中，其大部分传感波段的损耗会很大，很难作用到远端的感知模块上，感知效果有限。因此，需要设计一种可以有效避免损耗的超连续谱光源，使更多工作波段能够作用于传感单元上，在保证传感距离的情况下提升系统复用能力。

发明内容

本发明的目的在于：解决长距离传感情形下，提高光纤传感系统复用能力的问题。

为了实现上述目的具体采用了以下技术方案：

本发明提出了一种基于超连续谱光纤的长距离传感系统，包括超连续谱光纤激光泵浦模块、光纤随机激光反射镜、长距离单模通信光纤、光纤光栅传感单元和波长解调模块。

超连续谱光纤激光泵浦模块用于输出包含1050～1095nm波段的窄带光纤激光和1280～1320nm波段的窄带种子激光，光纤激光和种子激光通过光纤随机激光反射镜作用于长距离单模通信光纤；光纤随机激光反射镜与长距离单模通信光纤用于组成谐振腔，同时，光纤随机激光反射镜用于降低光纤随机激光的阈值，长距离单模通信光纤用于产生超连续谱光纤激光，超连续谱光纤激光的光谱宽度随传输距离的增加逐步展宽；光纤光栅传感单元用于将感知信息调制至超连续谱光纤激光上并将调制后的超连续谱光纤激光传输回波长解调模块；波长解调模块用于接收调制后的超连续谱光纤激光并解调。

超连续谱光纤激光泵浦模块包括980nm泵浦激光器、光纤合束器、光纤强反射镜、稀土掺杂光纤和光纤弱反射镜。

980nm泵浦激光器用于输出980nm泵浦光；光纤合束器用于连接980nm泵浦激光器和光纤强反射镜；光纤强反射镜和光纤弱反射镜用于组成谐振腔，稀土掺杂光纤用于为激发激光提供增益介质，光纤强反射镜、稀土掺杂光纤和光纤弱反射镜用于将980nm泵浦光跃迁激发为1050～1095nm波段的窄带光纤激光和1280～1320nm波段的窄带种子激光。