[发明专利]基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪

权利要求书

1.一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、脉冲调制器(2)、环形器(3)、传感光纤(4)、光滤波模块(5)、3dB耦合器(6)、线性边沿滤波器(7)、InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)、信号发生器(9)、数据处理模块(10)和脉冲信号发生器(11)；所述InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)包含两个InGaAs/InP-SAPD探测器，其中：

所述脉冲信号发生器(11)产生电脉冲信号用于同步控制脉冲调制器(2)、信号发生器(9)和数据处理模块(10)；

所述窄线宽激光器(1)发出连续光，该连续光经脉冲信号发生器(11)控制的脉冲调制器(2)被调制成光脉冲；光脉冲通过环形器(3)耦合进传感光纤(4)，由传感光纤(4)散射回的背向散射光经光滤波模块(5)滤除背向瑞利散射信号后得到背向布里渊散射信号；

背向布里渊散射信号经3dB耦合器(6)分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器(7)之后由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；所述信号发生器(9)产生正弦信号作为InGaAs/InP SPAD探测器组(8)的门控信号；

数据处理模块(10)进行如下处理：

首先，采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组(8)输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布；

然后，分别通过所述两路布里渊散射光功率得到第1路布里渊散射光的光强I₁和和第2路布里渊散射光的光强I₂；根据边沿滤波法，由光强I₂/ I₁的变化量计算得到布里渊频移变化量；

最后，由布里渊频移变化量与温度、应变变化量的关系，以及第1路测得的布里渊散射光功率与温度、应变变化量的关系，求得温度、应变的变化量，实现分布式温度和应变的同时传感。

2.根据权利要求1所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述光滤波模块(5)是能将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离的反射式光纤光栅、法布里-珀罗干涉仪、马赫-曾德干涉仪、或其他带宽小于瑞利散射和布里渊散射中心波长间隔的3dB窄带宽光滤波器中的一种。

3.根据权利要求1所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述线性边沿滤波器(7)是具有一定单值边沿的光滤波器，布里渊散射光频移变化量与经此光滤波器后的光强变化量的关系由线性边沿滤波器(7)的单值边沿斜率决定。

4.根据权利要求1所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述数据处理模块(10)由具有时间相关的光子计数能力硬件构成。

5.根据权利要求4所述基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：所述数据处理模块(10)为高速数字示波器，或采集卡与计算机组合，或时间间隔分析仪，或多道分析仪。

6.一种基于边沿滤波法的单光子探测布里渊光时域反射仪，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)，脉冲调制器(2)，环形器(3)，传感光纤(4)，光滤波模块(5)，3dB耦合器(6)，线性边沿滤波器(7)，InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)，信号发生器(9),数据处理模块(10)和脉冲信号发生器(11)；所述InGaAs/InP SPAD 探测器组(8)包含三个InGaAs/InP-SAPD探测器，其中：

所述脉冲信号发生器(11)产生电脉冲信号用于同步控制脉冲调制器(2)、信号发生器(9)和数据处理模块(10)；

所述窄线宽激光器(1)发出连续光，该连续光经脉冲信号发生器(11)控制的脉冲调制器(2)被调制成光脉冲；光脉冲通过环形器(3)耦合进传感光纤(4)，由传感光纤(4)散射回的背向散射光经光滤波模块(5)将背向瑞利散射光和背向布里渊散射光分离；

其中所述背向布里渊散射信号经3dB耦合器(6)分成两路，第1路直接由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第一探测器探测布里渊散射光信号；第2路经线性边沿滤波器(7)之后由InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中的第二探测器探测该路的布里渊散射光信号；所述背向瑞利散射光由InGaAs/InP SPAD探测器组（8）中的第三探测器探测背向瑞利散射光信号；所述信号发生器(9)产生正弦信号作为InGaAs/InP SPAD探测器组(8)的门控信号；

数据处理模块(10)进行如下处理：

首先，采用时间相关单光子计数技术将InGaAs/InP SPAD探测器组(8)中第一、第二探测器输出的电信号进行采集和处理，得到两路布里渊散射光的功率沿传感光纤的分布；同时将第三探测器输出的电信号进行采集和处理，得到背向瑞利散射光的光强I₃； 

然后，分别通过所述两路布里渊散射光功率得到第1路布里渊散射光的光强I₁和第2路布里渊散射光的光强I₂；根据边沿滤波法，由光强I₂/ I₁的变化量计算得到布里渊频移变化量；同时，求得第1路布里渊散射光的光强I₁与背向瑞利散射光的光强I₃的比值                                               ；

最后，由布里渊频移变化量与温度、应变变化量的关系，以及所述比值与温度、应变变化量的关系，求得温度、应变的变化量，实现分布式温度和应变的同时传感。