專利名稱：一種混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于分布式光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器。
背景技術(shù)：
在光纖布里淵光時(shí)域分析器領(lǐng)域，為了提高傳感器的空間分辨率，采用窄脈沖光源，但由于光纖的非線性效應(yīng)，限制了光纖的入射功率，因此，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離，高空間分辨率的光纖布里淵光時(shí)域分析器很困難，傳統(tǒng)的壓縮激光器脈寬的方法，雙脈沖對(duì)的方法，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離空間分辨率小于1米的效果，而且空間分辨率與測(cè)量長(zhǎng)度有關(guān)，系統(tǒng)的信噪比也低。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外將混沌激光相關(guān)原理應(yīng)用于激光雷達(dá)，激光光時(shí)域反射儀取得了顯著的效果，實(shí)現(xiàn)了不受距離限制的厘米級(jí)的空間分辨率，為將混沌激光相關(guān)原理應(yīng)用于分布式光纖傳感器創(chuàng)造了條件。另一方面，為了改善系統(tǒng)的信噪比，1989年，T.Horiguchi等實(shí)用新型了布里淵光時(shí)域分析器，在光纖的另一端加一個(gè)相干泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)布里淵放大，采用相干放大的受激布里淵散射，增強(qiáng)了信號(hào)，改善了系統(tǒng)的信噪比。但是，在光纖布里淵光時(shí)域分析器里要求嚴(yán)格地鎖定窄帶探測(cè)激光器和窄帶泵浦激光器的頻率，在技術(shù)上很困難，張?jiān)谛忍岢隽恕豆饫w布里淵光時(shí)域分析器》(中國(guó)實(shí)用新型專利，專利號(hào) ZL200810063711.8，2010年6月9日授權(quán))用寬帶的分布式光纖拉曼放大器取代窄帶的光纖布里淵放大器解決了鎖定窄帶探測(cè)激光器和窄帶泵浦激光器的困難；融合混沌激光相關(guān)技術(shù)與光纖拉曼放大技術(shù)可有效地提高傳感器系統(tǒng)的空間分辨率，測(cè)量距離和測(cè)量精度， 滿足近年來(lái)石油管道、傳輸電力電纜的安全健康監(jiān)測(cè)，對(duì)超遠(yuǎn)程全分布式光纖應(yīng)變和溫度傳感網(wǎng)的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，本實(shí)用新型具有超遠(yuǎn)程、高空間分辨率、高測(cè)量精度等特點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型混沌激光相關(guān)光纖布里淵光時(shí)域分析器是利用混沌激光相關(guān)原理、光纖受激拉曼放大效應(yīng)、相干放大的布里淵散射光的應(yīng)變、溫度效應(yīng)和光時(shí)域反射原理制成的光纖布里淵光時(shí)域分析器，包括半導(dǎo)體LD激光器，第一偏振控制器，第一光纖環(huán)行器，第一光纖分路器，可調(diào)光衰減器，第二偏振控制器，單向器，摻餌光纖放大器EDFA，第二光纖分路器，光調(diào)制器，第二光纖環(huán)行器，光外差接收器模塊，數(shù)字信號(hào)處理器，第三光纖環(huán)行器，窄帶反射濾光片，泵浦-信號(hào)耦合器， 光纖拉曼泵浦激光器，傳感光纖，第四光纖環(huán)行器，光纖光柵反射濾波器和計(jì)算機(jī)。半導(dǎo)體 LD激光器經(jīng)第一偏振控制器與第一光纖環(huán)行器的一個(gè)輸入端口相接，第一光纖環(huán)行器的另一個(gè)輸出端與第一光纖分路器輸入端相連，第一光纖分路器的一個(gè)輸出端與可調(diào)光衰減器的輸入端相連，可調(diào)光衰減器的輸出端通過第二偏振控制器與光纖環(huán)行器一個(gè)輸入端相連，再經(jīng)第一偏振控制器反饋給半導(dǎo)體LD激光器；第一光纖分路器的另一個(gè)輸出端經(jīng)單向器與摻餌光纖放大器EDFA相連，摻餌光纖放大器EDFA的輸出端與第二光纖分路器輸入端相連，第二光纖分路器的一個(gè)輸出端與光調(diào)制器相連，光調(diào)制器的一個(gè)輸出端與第二光纖環(huán)行器的輸入端相連，第二光纖分路器的另一個(gè)輸出端與第三光纖環(huán)行器的輸入端相連， 第三光纖環(huán)行器的一個(gè)輸出端與光纖窄帶反射濾光片相連，光纖窄帶反射濾光片的另一端通過泵浦信號(hào)耦合器與傳感光纖相連，泵浦信號(hào)耦合器的另一端與光纖拉曼泵浦激光器相連，第三光纖環(huán)行器的另一個(gè)輸出端與第四光纖環(huán)行器的一端相連，第四光纖環(huán)行器與光纖光柵反射濾波器相連，第四光纖環(huán)行器的輸出端與第二光纖環(huán)行器的另一端相連，第二光纖環(huán)行器輸出端與光外差接收器模塊相連，光外差接收器模塊與數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)相連，通過光外差接收模塊、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)將傳感光纖的混沌激光信號(hào)與本地參考光外差，并進(jìn)行自相關(guān)處理和快速傅里葉變換解調(diào)，獲得IOOkm傳感光纖所在現(xiàn)場(chǎng)的高空間分辨率達(dá)厘米量級(jí)的應(yīng)變、溫度信息并通過無(wú)線網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)； 光調(diào)制器19的另一個(gè)輸出端與計(jì)算機(jī)30相連。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，混沌激光器由半導(dǎo)體LD激光器，第一偏振控制器，第一光纖環(huán)行器，第一光纖分路器，可調(diào)光衰減器第二偏振控制器組成，半導(dǎo)體LD激光器是DFB激光器，工作波長(zhǎng)為1550. Onm，輸出功率為 lOcffim。第一光纖分路器的分支比為20:80。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，光調(diào)制器是鈮酸鋰馬赫-澤德爾調(diào)制器(Mach-khnder modulator (MZM))。經(jīng)計(jì)算機(jī)控制的光調(diào)制器，將激光器的頻率降低11GHz。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，光外差接收器模塊是由頻率響應(yīng)為2(ihZ以上的光電探測(cè)器，低噪音寬帶前置放大器集成芯片和主放大器組成。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，傳感光纖為IOOkm單模通訊G652光纖或100km LEAF光纖。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，光纖拉曼激光器是功率在100mw-1200mw范圍可調(diào)的，波長(zhǎng)為1450nm連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼激光器， 與傳感光纖構(gòu)成背向泵浦光纖拉曼放大器(如

圖1)由于光纖拉曼放大器具有雙向放大特性與光纖布里淵放大器單向放大特性不同，可采用背向泵浦或前向泵浦工作方式。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，窄帶反射濾光片的中心波長(zhǎng)為1450nm，光譜帶寬為0. 3nm,隔離大于35dB。抑制光纖拉曼激光器 1450nm背向散射光。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，光纖光柵反射濾光器的中心波長(zhǎng)為M50. 08nm，光譜帶寬為0. lnm。濾除其它光，允許傳感光纖的斯托克斯布里淵散射信號(hào)光通過第四光纖環(huán)行器與本地光外差接收。進(jìn)一步地，所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，所說(shuō)的數(shù)字信號(hào)處理器釆用有自相關(guān)處理和快速傅里葉變換軟件的高速5G采樣率和500MHz頻寬的數(shù)字信號(hào)處理器。混沌激光相關(guān)原理半導(dǎo)體激光器在受到光反饋時(shí)持續(xù)地產(chǎn)生隨機(jī)起伏的混沌激光，其相關(guān)曲線具有
5δ函數(shù)形狀，半導(dǎo)體激光器的非線性混沌振蕩的帶寬可大于15GHz，實(shí)現(xiàn)與測(cè)量長(zhǎng)度無(wú)關(guān)的高分辨率、高精度的測(cè)量。設(shè)參考光為f (t)，探測(cè)光為g (t)=Kf (t-τ )；互相關(guān)函數(shù)
權(quán)利要求1.一種混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，它包括半導(dǎo)體LD激光器(10)、第一偏振控制器(11)、第一光纖環(huán)行器(12)、第一光纖分路器(13)、可調(diào)光衰減器(14)、第二偏振控制器(15)、單向器(16)、摻餌光纖放大器EDFA(17)、第二光纖分路器(18)、光調(diào)制器(19)、第二光纖環(huán)行器(20)、光外差接收器模塊(21)、數(shù)字信號(hào)處理器(22)、第三光纖環(huán)行器(23)、窄帶反射濾光片(24)、泵浦-信號(hào)耦合器(25)、光纖拉曼泵浦激光器(26)、傳感光纖(27)、第四光纖環(huán)行器(28)、光纖光柵反射濾光器(29)和計(jì)算機(jī) (30)；其中，所述半導(dǎo)體LD激光器(10)經(jīng)第一偏振控制器(11)與第一光纖環(huán)行器(12)的一個(gè)輸入端口相接，第一光纖環(huán)行器(12)的輸出端與第一光纖分路器(13)輸入端相連，第一光纖分路器(13)的一個(gè)輸出端與可調(diào)光衰減器(14)的輸入端相連，可調(diào)光衰減器(14) 的輸出端通過第二偏振控制器(15)與第一光纖環(huán)行器(12)的另一個(gè)輸入端相連，再經(jīng)第一偏振控制器(11)反饋給半導(dǎo)體LD激光器(10);第一光纖分路器(13)的另一個(gè)輸出端經(jīng)單向器(16)與摻餌光纖放大器EDFA (17)相連，摻餌光纖放大器EDFA (17)的輸出端與第二光纖分路器(18)輸入端相連，第二光纖分路器(18) —個(gè)輸出端與光調(diào)制器(19)相連， 光調(diào)制器(19)的輸出端和第二光纖環(huán)行器(20)的一個(gè)輸入端相連；第二光纖分路器(18) 另一個(gè)輸出端與第三光纖環(huán)行器(23)相連，第三光纖環(huán)行器(23)的一個(gè)輸出端與窄帶反射濾光片(24)相連，窄帶反射濾光片(24)的另一端與泵浦-信號(hào)耦合器(25)的輸入端相連，泵浦-信號(hào)耦合器(25)的輸出端與傳感光纖(27)相連；泵浦-信號(hào)耦合器(25)的另一個(gè)輸入端與光纖拉曼泵浦激光器(26)相連，第三光纖環(huán)行器(23)的另一個(gè)輸出端與第四光纖環(huán)行器(28)的一端相連，第四光纖環(huán)行器(28)與光纖光柵反射濾波器(29)相連， 第四光纖環(huán)行器(28)的輸出端與第二光纖環(huán)行器(20)另一端相連，第二光纖環(huán)行器(20) 輸出端與光外差接收器模塊(21)相連，光外差接收器模塊(21)與數(shù)字信號(hào)處理器(22)和計(jì)算機(jī)(30)相連；光調(diào)制器(19)與計(jì)算機(jī)(30)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述半導(dǎo)體LD激光器(10)、第一偏振控制器(11 )、第一光纖環(huán)行器(12)、第一光纖分路器(13)、可調(diào)光衰減器(14)和第二偏振控制器(15)組成混沌激光器；所述半導(dǎo)體LD激光器(10)是DFB激光器，其工作波長(zhǎng)為1550. Onm，輸出功率為IOdBm ；第一光纖分路器(13) 的分支比為20:80。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述光調(diào)制器(19)是鈮酸鋰馬赫-澤德爾調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述光外差接收器模塊(21)是由頻率響應(yīng)為2(ihZ以上的光電探測(cè)器，前放和主放大器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述傳感光纖(27)為IOOkm單模通訊G652光纖或100km LEAF光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述光纖拉曼激光器(26)是功率在100mw-1200mw范圍可調(diào)的，波長(zhǎng)為1450nm連續(xù)運(yùn)行的光纖拉曼激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述窄帶反射濾光片(24)的中心波長(zhǎng)為1450nm，光譜帶寬為0. 3nm，隔離度大于35dB。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，其特征是，所述光纖光柵反射濾光器(29)的中心波長(zhǎng)為1550. 08nm，光譜帶寬為0. lnm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混沌激光集成光纖拉曼放大器的布里淵光時(shí)域分析器，它是利用混沌激光相關(guān)原理、光纖受激拉曼散射光放大效應(yīng)和相干放大的布里淵散射光的應(yīng)變、溫度效應(yīng)和光時(shí)域反射原理制成的；本實(shí)用新型通過傳感光纖的背向探測(cè)光與本地參考光的相關(guān)處理，提高了傳感器系統(tǒng)的空間分辨率；采用連續(xù)運(yùn)行的高功率光纖拉曼激光器作為布里淵光時(shí)域分析器的泵浦光源，克服了光纖布里淵光時(shí)域分析器要求嚴(yán)格地鎖定探測(cè)激光器和泵浦激光器頻率的困難，利用寬帶光纖拉曼放大器取代窄帶光纖布里淵放大器，增加了背向相于放大的受激布里淵散射光的增益，提高了傳感器系統(tǒng)的信噪比，相應(yīng)地提高了傳感器的測(cè)量長(zhǎng)度與測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01D5/353GK202188857SQ201120287619
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者余向東, 張?jiān)谛? 李裔, 王劍鋒, 金尚忠, 金永興, 龔華平 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院