本發(fā)明涉及分布式光纖傳感系統(tǒng)，具體是一種基于混沌布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)。

背景技術：

基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術自提出以來，因其在溫度、 應變測量上具有精度高、測量范圍大以及空間分辨率高等優(yōu)勢，引起了國內(nèi)外的廣泛關注，成為分布式光纖傳感領域的研究熱點。基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)可分為基于布里淵光時域的分布式光纖傳感系統(tǒng)和基于布里淵光相干域的分布式光纖傳感系統(tǒng)兩種。其中，基于布里淵光時域的分布式光纖傳感系統(tǒng)存在空間分辨率相對較低、測量時間長等問題，導致其適用范圍嚴重受限，而基于布里淵光相干域的分布式光纖傳感系統(tǒng)因其自身原理所限，無法解決空間分辨率和傳感距離相矛盾的問題。

2008年韓國中央大學的Kwang Yong Song首次提出布里淵動態(tài)光柵（BDG）的概念，BDG的產(chǎn)生是通過向光纖兩端分別注入偏振方向相同、頻率差為布里淵頻移的兩束泵浦光，在光纖相遇處發(fā)生干涉，干涉信號調(diào)制光纖的折射率從而形成布里淵動態(tài)光柵。相比于傳統(tǒng)的布里淵傳感系統(tǒng)（只是依賴于光纖中的布里淵頻移對外界參量的線性變化，難以利用單根光纖實現(xiàn)溫度和應變的同時傳感），基于布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)的優(yōu)點是：由布里淵增益譜確定的布里淵頻移與溫度/應變都成正比關系，由布里淵動態(tài)光柵確定的雙折射頻移與溫度成反比、與應變成正比，從而可以由布里淵頻移和雙折射頻移實現(xiàn)分布式溫度和應變的同時傳感。依據(jù)泵浦光的信號格式，可將 BDG 的產(chǎn)生分為時域系統(tǒng)和相干域系統(tǒng)兩大類。其中在時域系統(tǒng)中，用一束脈沖光和一束連續(xù)光這種方案產(chǎn)生的 BDG，其光柵長度受限于聲子壽命，若兩束泵浦光都為脈沖光，其光柵的長度可以突破聲子壽命的限制，但短的BDG按照脈沖重復頻率周期性地重復產(chǎn)生，導致BDG的反射強度隨時間變化而不穩(wěn)定。而且，基于脈沖泵浦光的時域系統(tǒng)產(chǎn)生BDG還需要峰值功率為幾百瓦的脈沖光信號。在相干域系統(tǒng)中，通常采用頻率被正弦調(diào)制的兩個同步連續(xù)光信號作為泵浦光，而泵浦光信號的周期性導致了多個BDG的同時產(chǎn)生，從而影響了其在分布式光纖傳感領域的應用?；诖耍?有必要發(fā)明一種全新的分布式光纖傳感系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有基于布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)存在的上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有基于布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)光柵長度受限于聲子壽命、反射強度不穩(wěn)定、容易產(chǎn)生多光柵的問題，提供了一種基于混沌布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)。

本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的：

基于混沌布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括分布式反饋半導體激光器、環(huán)行器、第一偏振控制器、可調(diào)光衰減器、第一1×2光纖耦合器、光隔離器、第二1×2光纖耦合器、第一摻鉺光纖放大器、單邊帶調(diào)制器、微波源、第二摻鉺光纖放大器、第二偏振控制器、延遲光纖、第三摻鉺光纖放大器、第三偏振控制器、第一保偏環(huán)行器、偏振合束器、保偏光纖、激光源、電光調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、第四摻鉺光纖放大器、第四偏振控制器、第二保偏環(huán)行器、第一可調(diào)諧帶通濾波器、第一光電探測器、第二可調(diào)諧帶通濾波器、第二光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機；

其中，分布式反饋半導體激光器、環(huán)行器、第一偏振控制器、可調(diào)光衰減器、第一1×2光纖耦合器共同構成混沌激光源；激光源、電光調(diào)制器、脈沖發(fā)生器共同構成探測脈沖激光源；

分布式反饋半導體激光器的出射端與環(huán)行器的入射端連接；環(huán)行器的出射端與第一1×2光纖耦合器的入射端連接；第一1×2光纖耦合器的第一個出射端與光隔離器的入射端連接；光隔離器的出射端與第二1×2光纖耦合器的入射端連接；第一1×2光纖耦合器的第二個出射端通過單模光纖跳線與可調(diào)光衰減器的入射端連接；可調(diào)光衰減器的出射端通過單模光纖跳線與第一偏振控制器的入射端連接；第一偏振控制器的出射端通過單模光纖跳線與環(huán)行器的反射端連接；

第二1×2光纖耦合器的第一個出射端通過單模光纖跳線與第一摻鉺光纖放大器的入射端連接；第一摻鉺光纖放大器的出射端通過單模光纖跳線與單邊帶調(diào)制器的入射端連接；單邊帶調(diào)制器的出射端通過單模光纖跳線與第二摻鉺光纖放大器的入射端連接；第二摻鉺光纖放大器的出射端通過單模光纖跳線與第二偏振控制器的入射端連接；微波源的信號輸出端與單邊帶調(diào)制器的信號輸入端連接；第二1×2光纖耦合器的第二個出射端通過延遲光纖與第三摻鉺光纖放大器的入射端連接；第三摻鉺光纖放大器的出射端通過單模光纖跳線與第三偏振控制器的入射端連接；第三偏振控制器的出射端通過單模光纖跳線與第一保偏環(huán)行器的入射端連接；第一保偏環(huán)行器的反射端與偏振合束器的同軸入射端連接；保偏光纖的兩端分別與第二偏振控制器的出射端和偏振合束器的出射端連接；

激光源的出射端通過單模光纖跳線與電光調(diào)制器的入射端連接；電光調(diào)制器的出射端通過單模光纖跳線與第四摻鉺光纖放大器的入射端連接；第四摻鉺光纖放大器的出射端通過單模光纖跳線與第四偏振控制器的入射端連接；第四偏振控制器的出射端通過單模光纖跳線與第二保偏環(huán)行器的入射端連接；第二保偏環(huán)行器的反射端與偏振合束器的異軸入射端連接；脈沖發(fā)生器的信號輸出端與電光調(diào)制器的信號輸入端連接；

第一保偏環(huán)行器的出射端與第一可調(diào)諧帶通濾波器的入射端連接；第一可調(diào)諧帶通濾波器的出射端與第一光電探測器的入射端連接；第二保偏環(huán)行器的出射端與第二可調(diào)諧帶通濾波器的入射端連接；第二可調(diào)諧帶通濾波器的出射端與第二光電探測器的入射端連接；第一光電探測器的信號輸出端和第二光電探測器的信號輸出端均通過高頻同軸電纜與數(shù)據(jù)采集卡的信號輸入端連接；數(shù)據(jù)采集卡的信號輸出端與計算機的信號輸入端連接。

具體工作過程如下：分布式反饋半導體激光器輸出的激光依次經(jīng)環(huán)行器、第一1×2光纖耦合器、可調(diào)光衰減器、第一偏振控制器、環(huán)行器返回至分布式反饋半導體激光器，由此使得分布式反饋半導體激光器輸出混沌泵浦激光?；煦绫闷旨す庖来谓?jīng)環(huán)行器、第一1×2光纖耦合器、光隔離器進入第二1×2光纖耦合器，并經(jīng)第一1×2光纖耦合器分為兩路：第一路混沌泵浦激光依次經(jīng)第一摻鉺光纖放大器、單邊帶調(diào)制器、第二摻鉺光纖放大器、第二偏振控制器進入保偏光纖的一個光學主軸。第二路混沌泵浦激光依次經(jīng)延遲光纖、第三摻鉺光纖放大器、第三偏振控制器、第一保偏環(huán)行器、偏振合束器進入保偏光纖的同一光學主軸。兩路混沌泵浦激光在保偏光纖中相遇，并在相遇處發(fā)生受激布里淵散射，由此產(chǎn)生受激布里淵散射光。該受激布里淵散射光調(diào)制保偏光纖的折射率，由此形成布里淵動態(tài)光柵。該受激布里淵散射光依次經(jīng)偏振合束器、第一保偏環(huán)行器、第一可調(diào)諧帶通濾波器進入第一光電探測器，并經(jīng)第一光電探測器轉化為電信號。該路電信號進入數(shù)據(jù)采集卡，并經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進行A/D轉換后進入計算機。與此同時，激光源輸出的激光經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制為頻率滿足雙折射頻移的探測脈沖激光。探測脈沖激光依次經(jīng)第四摻鉺光纖放大器、第四偏振控制器、第二保偏環(huán)行器、偏振合束器進入保偏光纖的另一光學主軸，并經(jīng)布里淵動態(tài)光柵進行反射，由此產(chǎn)生反射光。該反射光依次經(jīng)偏振合束器、第二保偏環(huán)行器、第二可調(diào)諧帶通濾波器進入第二光電探測器，并經(jīng)第二光電探測器轉化為電信號。該路電信號進入數(shù)據(jù)采集卡，并經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進行A/D轉換后進入計算機。計算機通過對兩路電信號進行分析和處理，即可同時得出保偏光纖的溫度和應變信息。在上述過程中，微波源的作用是向單邊帶調(diào)制器提供頻率為光纖布里淵頻移的調(diào)制頻率。脈沖發(fā)生器是作用是觸發(fā)電光調(diào)制器。

基于上述過程， 與現(xiàn)有基于布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的基于混沌布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)采用混沌泵浦激光作為傳感探測信號，并利用混沌泵浦激光的自相關曲線所具有的類δ函數(shù)特性，使得混沌泵浦激光在保偏光纖中產(chǎn)生了單個的并且能穩(wěn)定維持的布里淵動態(tài)光柵，由此徹底解決了現(xiàn)有基于布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)光柵長度受限于聲子壽命、反射強度不穩(wěn)定、容易產(chǎn)生多光柵的問題，從而使得布里淵動態(tài)光柵在分布式光纖傳感領域的應用不再受限。此外，本發(fā)明中溫度和應變的定位空間分辨率是由混沌泵浦激光的相干長度決定的，由于混沌泵浦激光作為傳感探測信號是一種低相干態(tài)的激光信號，因此本發(fā)明同時具有高空間分辨率、長距離、能夠同時感知溫度和應變的傳感優(yōu)勢。

本發(fā)明結構合理、設計巧妙，有效解決了現(xiàn)有基于布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)光柵長度受限于聲子壽命、反射強度不穩(wěn)定、容易產(chǎn)生多光柵的問題，其具有高空間分辨率、長距離、能夠同時感知溫度和應變的傳感優(yōu)勢，適用于分布式光纖傳感領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖中：1-分布式反饋半導體激光器，2-環(huán)行器，3-第一偏振控制器，4-可調(diào)光衰減器，5-第一1×2光纖耦合器，6-光隔離器，7-第二1×2光纖耦合器，8-第一摻鉺光纖放大器，9-單邊帶調(diào)制器，10-微波源，11-第二摻鉺光纖放大器，12-第二偏振控制器，13-延遲光纖，14-第三摻鉺光纖放大器，15-第三偏振控制器，16-第一保偏環(huán)行器，17-偏振合束器，18-保偏光纖，19-激光源，20-電光調(diào)制器，21-脈沖發(fā)生器，22-第四摻鉺光纖放大器，23-第四偏振控制器，24-第二保偏環(huán)行器，25-第一可調(diào)諧帶通濾波器，26-第一光電探測器，27-第二可調(diào)諧帶通濾波器，28-第二光電探測器，29-數(shù)據(jù)采集卡，30-計算機，31-混沌激光源，32-探測脈沖激光源。

具體實施方式

基于混沌布里淵動態(tài)光柵的分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括分布式反饋半導體激光器1、環(huán)行器2、第一偏振控制器3、可調(diào)光衰減器4、第一1×2光纖耦合器5、光隔離器6、第二1×2光纖耦合器7、第一摻鉺光纖放大器8、單邊帶調(diào)制器9、微波源10、第二摻鉺光纖放大器11、第二偏振控制器12、延遲光纖13、第三摻鉺光纖放大器14、第三偏振控制器15、第一保偏環(huán)行器16、偏振合束器17、保偏光纖18、激光源19、電光調(diào)制器20、脈沖發(fā)生器21、第四摻鉺光纖放大器22、第四偏振控制器23、第二保偏環(huán)行器24、第一可調(diào)諧帶通濾波器25、第一光電探測器26、第二可調(diào)諧帶通濾波器27、第二光電探測器28、數(shù)據(jù)采集卡29、計算機30；

其中，分布式反饋半導體激光器1、環(huán)行器2、第一偏振控制器3、可調(diào)光衰減器4、第一1×2光纖耦合器5共同構成混沌激光源31；激光源19、電光調(diào)制器20、脈沖發(fā)生器21共同構成探測脈沖激光源32；

分布式反饋半導體激光器1的出射端與環(huán)行器2的入射端連接；環(huán)行器2的出射端與第一1×2光纖耦合器5的入射端連接；第一1×2光纖耦合器5的第一個出射端與光隔離器6的入射端連接；光隔離器6的出射端與第二1×2光纖耦合器7的入射端連接；第一1×2光纖耦合器5的第二個出射端通過單模光纖跳線與可調(diào)光衰減器4的入射端連接；可調(diào)光衰減器4的出射端通過單模光纖跳線與第一偏振控制器3的入射端連接；第一偏振控制器3的出射端通過單模光纖跳線與環(huán)行器2的反射端連接；

第二1×2光纖耦合器7的第一個出射端通過單模光纖跳線與第一摻鉺光纖放大器8的入射端連接；第一摻鉺光纖放大器8的出射端通過單模光纖跳線與單邊帶調(diào)制器9的入射端連接；單邊帶調(diào)制器9的出射端通過單模光纖跳線與第二摻鉺光纖放大器11的入射端連接；第二摻鉺光纖放大器11的出射端通過單模光纖跳線與第二偏振控制器12的入射端連接；微波源10的信號輸出端與單邊帶調(diào)制器9的信號輸入端連接；第二1×2光纖耦合器7的第二個出射端通過延遲光纖13與第三摻鉺光纖放大器14的入射端連接；第三摻鉺光纖放大器14的出射端通過單模光纖跳線與第三偏振控制器15的入射端連接；第三偏振控制器15的出射端通過單模光纖跳線與第一保偏環(huán)行器16的入射端連接；第一保偏環(huán)行器16的反射端與偏振合束器17的同軸入射端連接；保偏光纖18的兩端分別與第二偏振控制器12的出射端和偏振合束器17的出射端連接；

激光源19的出射端通過單模光纖跳線與電光調(diào)制器20的入射端連接；電光調(diào)制器20的出射端通過單模光纖跳線與第四摻鉺光纖放大器22的入射端連接；第四摻鉺光纖放大器22的出射端通過單模光纖跳線與第四偏振控制器23的入射端連接；第四偏振控制器23的出射端通過單模光纖跳線與第二保偏環(huán)行器24的入射端連接；第二保偏環(huán)行器24的反射端與偏振合束器17的異軸入射端連接；脈沖發(fā)生器21的信號輸出端與電光調(diào)制器20的信號輸入端連接；

第一保偏環(huán)行器16的出射端與第一可調(diào)諧帶通濾波器25的入射端連接；第一可調(diào)諧帶通濾波器25的出射端與第一光電探測器26的入射端連接；第二保偏環(huán)行器24的出射端與第二可調(diào)諧帶通濾波器27的入射端連接；第二可調(diào)諧帶通濾波器27的出射端與第二光電探測器28的入射端連接；第一光電探測器26的信號輸出端和第二光電探測器28的信號輸出端均通過高頻同軸電纜與數(shù)據(jù)采集卡29的信號輸入端連接；數(shù)據(jù)采集卡29的信號輸出端與計算機30的信號輸入端連接。

具體實施時，所述分布式反饋半導體激光器1的中心波長為1550nm；所述第一1×2光纖耦合器5的耦合比、第二1×2光纖耦合器7的耦合比均為50：50；所述保偏光纖18為熊貓型保偏光纖。