CN108051923B - 用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，包括：梳状多波长光源，包括顺次连接的宽谱光源、第一带通滤波器和标准具；第一级放大器，包括顺次连接的第一波分复用器、第一掺铒光纤，以及980泵浦；第二级放大器，包括顺次连接的第二波分复用器、第一隔离器和半导体光放大器，该第二级放大器还包括同步时钟驱动；第一整形器，包括顺次连接的第二隔离器和第二带通滤波器；第三级放大器，包括依次连接的第三波分复用器和第二掺铒光纤；第二整形器，包括第三隔离器和第三带通滤波器。本发明输出多波长脉冲光源稳定，各个波长功率差异小，功率大，信噪比高，能有效提高分布式拉曼测温系统的工作距离。

Description

用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源

技术领域

本发明涉及多波长脉冲光源技术领域，尤其涉及一种用于分布式拉曼测温系统的多波长脉冲光源。

背景技术

分布式光纤温度传感器是近几十年来发展的一种用于实时测量空间温度场分布的光纤传感系统。接收光信号的信噪比决定了分布式光纤传感系统的工作距离。提高接收光信号的信噪比最直接简单的方法是提高输出光源信噪比，光源噪音在一定程度是很难降低，相比而言，提高注入光强度是一种有效简单的方法。但受到光纤非线性效应的影响，限制了注入光的最大光功率。

申请人在专利201610996738.7中提出用多波长来提高光源信噪比。

对于多波长脉冲光源存在以下几个难点：1）多波长光源功率和波长的稳定性，多波长激光器存在增益竞争，稳定性很难得到保证。2）波长峰值功率的差异性，每个波长的增益竞争，每个波长的损耗不一样，都会导致功率的差异。3）脉冲总功率的稳定性，传统分布式拉曼测温系统使用的脉冲光源都是内调制，脉冲功率的稳定还能接受，但是在多波长情况下，脉冲功率稳定性大大下降。

发明内容

针对现有分布式光纤拉曼散射传感技术脉冲光源模块的改进需求，本发明提供了一种用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其目的在于提高多波长脉冲光源质量，增加测温系统的工作距离。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其特征在于，包括：

梳状多波长光源，包括顺次连接的宽谱光源、第一带通滤波器和标准具；

第一级放大器，包括顺次连接的第一波分复用器、第一掺铒光纤，以及与第一波分复用器的980端口连接的980泵浦；第一波分复用器的输入端与标准具的输出端连接；

第二级放大器，包括顺次连接的第二波分复用器、第一隔离器和半导体光放大器，第二波分复用器的输入端与第一掺铒光纤连接，该第二级放大器还包括同步时钟驱动，同步时钟驱动的驱动射频信号输出端与半导体光放大器的电接口输入端连接；

第一整形器，包括顺次连接的第二隔离器和第二带通滤波器，第二隔离器的输入端与半导体光放大器的输出端连接；

第三级放大器，包括依次连接的第三波分复用器和第二掺铒光纤，第三波分复用器的980端口与第二波分复用器的980端口连接；

第二整形器，包括第三隔离器和第三带通滤波器，第三隔离器的输入端与第二掺铒光纤的输出端连接，第三隔离器的输出端与第三带通滤波器的输入端连接。

接上述技术方案，标准具的输出端与第一波分复用器的1550端口连接，第一波分复用器的com端口与第一掺铒光纤的一端口连接，第一掺铒光纤另一端口与第二波分复用器的com端口连接，第二带通滤波器与第三波分复用器的1550端口连接，第三波分复用器的com端口与第二掺铒光纤的一端连接。

接上述技术方案，各个结构之间的连接采用单模光纤连接。

接上述技术方案，当半导体光放大器工作时，光信号通过，并对光信号进行一定的增益放大；当半导体光放大器不工作时，半导体光放大器成为吸收材料，光信号衰减。

接上述技术方案，宽谱光源发出连续宽谱光，通过第一带通滤波器后整形成一定带宽的连续光，经过标准具后调制成多个波长的连续光。

本发明还提供了一种用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源产生方法，该方法基于上述技术方案的光纤多波长脉冲光源，具体包括以下步骤：

将宽谱光源经过第一带通滤波器和标准具后输出一定带宽的梳状多波长光源；

梳状多波长光源通过由第一波分复用器，第一掺铒光纤，980泵浦组成的放大器进行光第一级放大；

经过第一放大后的光信号经过第二波分复用器将信号光和980泵浦光分离，信号光继续通过第一隔离器达到半导体光光放大器中调制成一定频率和脉宽的脉冲光，同时进行光信号的第二级放大；

经过第二级放大后的光信号通过第二隔离器、第二带通滤波器进行整形，并通过由第三波分复用器，第二掺铒光纤，第二波分复用器分离出来的980泵浦光组成的放大器进行第三级放大；

经第三级放大的信号再通过第三隔离器、第三带通滤波器整形输出。

本发明产生的有益效果是：本发明通过半导体光放大器产生高对比度的光脉冲信号；宽谱光源通过标准具，再通过光放大技术形成稳定的多波长光源；两者相结合，再做整形放大处理，可以得到稳定，高信噪比，高功率多波长脉冲光源。为提高分布式拉曼测温系统的工作距离提供了光源支持。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源的结构示意图；

图2是本发明实施例光信号经过关键节点的时域和频谱示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例的用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：整个光纤多波长脉冲光源包括梳状多波长光源、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器和第二整形器。

梳状多波长光源包括顺次连接的宽谱光源1、第一带通滤波器2和标准具3；

第一级放大器包括顺次连接的第一波分复用器4、第一掺铒光纤5，以及与第一波分复用器4的980端口连接的980泵浦15；第一波分复用器4的输入端与标准具3的输出端连接；

第二级放大器包括顺次连接的第二波分复用器6、第一隔离器7和半导体光放大器8，第二波分复用器6的输入端与第一掺铒光纤5连接，该第二级放大器还包括同步时钟驱动16，同步时钟驱动16的驱动射频信号输出端与半导体光放大器8的电接口输入端连接；

第一整形器包括顺次连接的第二隔离器9和第二带通滤波器10，第二隔离器9的输入端与半导体光放大器8的输出端连接；

第三级放大器包括依次连接的第三波分复用器11和第二掺铒光纤12，第三波分复用器11的980端口与第二波分复用器6的980端口连接；

第二整形器包括第三隔离器13和第三带通滤波器14。

宽谱光源1，第一带通滤波器2，标准具3依次相连，标准具3输出与第一波分复用器4的1550端口连接，980泵浦15的输出与第一波分复用器4的980端口连接，第一波分复用器4的com端口与第一掺铒光纤5连接，第一掺铒光纤5另一端口与第二波分复用器6的com端口连接，第二波分复用器6与第一隔离器7，半导体光放大器8，第二隔离器9，第二带通滤波器10依次相连接，第二带通滤波器10与第三波分复用器11的1550端口连接，同时第二波分复用器6的980端口和第三波分复用器11的980端口连接，第三波分复用器11的com端口依次与第二掺铒光纤12，第三隔离器13，第三滤波器14依次连接，同步时钟16驱动射频信号输入到半导体光放大器8的电接口输入端，其他器件之间采用单模光纤连接。980泵浦15即980nm的单模泵浦激光器。

基于上述实施例的光纤多波长脉冲光源，本发明的光纤多波长脉冲光源产生方法具体包括以下步骤：

将宽谱光源1经过第一带通滤波器2和标准具3后输出一定带宽的梳状多波长光源；

梳状多波长光源通过由第一波分复用器4，第一掺铒光纤5，980泵浦15组成的放大器进行光第一级放大；

经过第一放大后的光信号经过第二波分复用器6将信号光和980泵浦光分离，信号光继续通过第一隔离器7达到半导体光光放大器8中调制成一定频率和脉宽的脉冲光，同时进行光信号的第二级放大；

经过第二级放大后的光信号通过第二隔离器9、第二带通滤波器10进行整形，并通过由第三波分复用器11，第二掺铒光纤12，第二波分复用器6分离出来的980泵浦光组成的放大器进行第三级放大；

经第三级放大的信号再通过第三隔离器13、第三带通滤波器14整形输出。

本发明中，宽谱光源SLED通过带通滤波器，经过标准具就可以形成连续的多波长光源，但是光功率很弱，需要通过掺铒光纤放大器放大。再通过调制的半导体光放大器变成高信噪比的脉冲，变成脉冲后平均能量至少降低30dB，所以需要第三级放大，才能输出稳定高能量的多波长脉冲。

当半导体光放大器工作时，光信号可以通过，同时得到一定的增益放大。当半导体光放大器不工作时，光信号不可以通过，同时半导体光放大器成为吸收材料，光信号会衰减。所以形成的光脉冲信号的信噪比大大提高，可以高达50dB以上。

宽谱光源，标准具等器件输出多波长光源波长稳定，功率稳定，信噪比高。因为没用通过增益反馈过程，没有模式竞争，所以功率稳定。标准具本身稳定和高信噪比，必然输出光的波长稳定和高信噪比。同时标准具多个通道差异小，可以使多波长功率差异低。由于分布式拉曼测温系统对光源单色性要求很低，所以本专利所述方法产生的多波长光源满足分布式拉曼测温系统的要求，没必要一定要通过激光器震荡反馈的方式得到窄线宽的激光。

图2为本发明实施例光信号经过关键节点的时域和频谱示意图。宽谱光源发出连续的宽谱光，通过带通滤波器后整形一定带宽（对于分布式拉曼测温系统要求，带宽一般不大于10nm）的连续光，经过标准具后调制成多个波长的连续光。宽谱光源的谱密度比较低，经过几个器件后会更低，由于半导体光放大器对输入光功率有最低要求，所以必须采用掺铒光纤放大器对标准具后面的光放大。光从半导体光放大器输出后调制成脉冲的多波长光源，由于损耗太大（即使有半导体光放大器的增益），需要第三级掺铒光纤放大器放大。以上关键节点保证了多波长脉冲光源的功率稳定性，波长间功率差异小，波长稳定性，高功率，高信噪比。

综上，本发明的主要优点有：

（1）提供了一种简单的多波长脉冲光源的实现方式。另辟蹊径，没有使用传统的激光震荡激励方式，是分布式拉曼测温传感中一个重要改进。

（2）稳定性好，功率高，信噪比高，多个波长功率一致性好。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其特征在于，包括：

梳状多波长光源，包括顺次连接的宽谱光源（1）、第一带通滤波器（2）和标准具（3）；

第一级放大器，包括顺次连接的第一波分复用器（4）、第一掺铒光纤（5），以及与第一波分复用器（4）的980端口连接的980泵浦（15）；第一波分复用器（4）的输入端与标准具（3）的输出端连接；

第二级放大器，包括顺次连接的第二波分复用器（6）、第一隔离器（7）和半导体光放大器（8），第二波分复用器（6）的输入端与第一掺铒光纤（5）连接，该第二级放大器还包括同步时钟驱动（16），同步时钟驱动（16）的驱动射频信号输出端与半导体光放大器（8）的电接口输入端连接；

第一整形器，包括顺次连接的第二隔离器（9）和第二带通滤波器（10），第二隔离器（9）的输入端与半导体光放大器（8）的输出端连接；

第三级放大器，包括依次连接的第三波分复用器（11）和第二掺铒光纤（12），第三波分复用器（11）的980端口与第二波分复用器（6）的980端口连接；

第二整形器，包括第三隔离器（13）和第三带通滤波器（14），第三隔离器（13）的输入端与第二掺铒光纤（12）的输出端连接，第三隔离器（13）的输出端与第三带通滤波器（14）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其特征在于，标准具（3）的输出端与第一波分复用器（4）的1550端口连接，第一波分复用器（4）的com端口与第一掺铒光纤（5）的一端口连接，第一掺铒光纤（5）另一端口与第二波分复用器（6）的com端口连接，第二带通滤波器（10）与第三波分复用器（11）的1550端口连接，第三波分复用器（11）的com端口与第二掺铒光纤（12）的一端连接。

3.根据权利要求1所述的用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其特征在于，各个结构之间的连接采用单模光纤连接。

4.根据权利要求1所述的用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其特征在于，当半导体光放大器（8）工作时，光信号通过，并对光信号进行一定的增益放大；当半导体光放大器（8）不工作时，半导体光放大器（8）成为吸收材料，光信号衰减。

5.根据权利要求1所述的用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源，其特征在于，宽谱光源（1）发出连续宽谱光，通过第一带通滤波器（2）后整形成一定带宽的连续光，经过标准具后调制成多个波长的连续光。

6.一种用于分布式拉曼测温系统的光纤多波长脉冲光源产生方法，其特征在于，该方法基于权利要求1的光纤多波长脉冲光源，具体包括以下步骤：

将宽谱光源（1）经过第一带通滤波器（2）和标准具（3）后输出一定带宽的梳状多波长光源；

梳状多波长光源通过由第一波分复用器（4），第一掺铒光纤（5），980泵浦（15）组成的放大器进行光第一级放大；

经过第一级放大后的光信号经过第二波分复用器（6）将信号光和980泵浦光分离，信号光继续通过第一隔离器（7）达到半导体光放大器（8）中调制成一定频率和脉宽的脉冲光，同时进行光信号的第二级放大；

经过第二级放大后的光信号通过第二隔离器（9）、第二带通滤波器（10）进行整形，并通过由第三波分复用器（11），第二掺铒光纤（12），第二波分复用器（6）分离出来的980泵浦光组成的放大器进行第三级放大；

经第三级放大的信号再通过第三隔离器（13）、第三带通滤波器（14）整形输出。

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