CN116972891B - 一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪 - Google Patents
一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116972891B CN116972891B CN202311239996.7A CN202311239996A CN116972891B CN 116972891 B CN116972891 B CN 116972891B CN 202311239996 A CN202311239996 A CN 202311239996A CN 116972891 B CN116972891 B CN 116972891B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- frequency
- fiber
- core
- brillouin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 121
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 84
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 26
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
- G01D5/35354—Sensor working in reflection
- G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
- G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
- G01D5/3538—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself using a particular type of fiber, e.g. fibre with several cores, PANDA fiber, fiber with an elliptic core or the like
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/322—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Brillouin scattering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，属于分布式光纤传感领域，解决了现有基于数字光频梳的布里渊相关域分析技术的测量准确度受限问题，并提供弯曲测量能力。所述分析仪将受正弦频率调制的激光器作为系统光源，探测光经调制后产生探测光频梳与参考光频梳，分别入射至多芯光纤的任意两个纤芯中，其中探测光频梳在偏心纤芯中与泵浦光对向传输，在光纤特定位置处产生受激布里渊散射。两路光频梳经光电转换并同时采集后，参考光频梳作为背景噪声，通过频域分析从探测光梳中提取布里渊频移，最终获得多芯光纤偏心纤芯的传感信息。本发明提升了测量速度与测量准确度，引入新的测量参数，具有高空间分辨率的动态精确测量能力。
Description
技术领域
本发明属于分布式光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪。
背景技术
基于受激布里渊散射效应的布里渊光相关域分析仪具有高空间分辨率、高测量准确度和任意寻址的优良特性，近年来受到了广泛关注与研究。在传统正弦频率调制的布里渊光相关域分析仪中，受正弦频率调制的探测光和泵浦光对向入射进传感光纤，在光纤的特定位置产生周期性的相关峰。当两束光的频率差接近当前光纤位置的布里渊频移时，在非相关峰处引起的受激布里渊散射效应较弱，而在相关峰处会引起较强的受激布里渊散射效应，探测光获得窄带增益。因此，在调节调制频率使得传感光纤存在唯一相关峰后，通过连续调节探测光的频率，即可获得相关峰位置对应的布里渊增益谱。若要实现分布式传感，则需要交替进行调制频率扫描和探测光频率扫描。但受限于微波源的频率切换时间，这两次耗时的扫频操作极大地限制了传感系统的测量速度。
为提升动态测量性能，多种解决方案被提出。一种方案是将传统微波源替换为频率切换时间极短的压控振荡器，再搭配高带宽的锁相放大器，可在很短的时间内完成探测光频率扫描，但受限于锁相放大器的工作带宽，该方案的测量速度难以进一步提升。另一种方案是结合注入锁定技术，利用差分探测结构来避免使用锁相放大器，同时在扫描探测光频率过程中同步扫描调制频率以消除位置扫描的时耗，但该方案的测量速度受限于光源的调制频率。为实现免扫频，一种方案是采用双斜坡辅助法，将布里渊增益谱的斜坡看作是线性区间，通过监测固定频率的探测光来解调布里渊频移，但该方案存在系统动态范围和测量速度相矛盾的固有限制，难以满足实际工程应用。因此，如何在不牺牲系统测量精度的情况下进一步提升测量速度这一问题亟待解决。此外，现有基于布里渊光相关域分析仪的传感方案主要采用单模光纤进行分布式传感，导致测量参数受限于常见的温度和应变测量，难以满足多样化应用场景。
为避免扫频，数字光学频率梳技术的多频率并行传输特性为在频域上测量布里渊增益谱提供了一种有效的解决方案，其具有大动态范围、不受光功率抖动影响等独特优势，适用于快速测量。但在基于光频梳的高精度测量中，通常需要额外的参考光纤链路来确保高精确解调，导致实际应用受限。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，旨在解决现有基于光频梳的布里渊光学相关域分析仪的测量准确度受限的技术问题，同时引入弯曲和形状等参数的测量能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，包括：激光器、微波源、第一光耦合器、变频模块、电光调制器、光频梳模块、第一掺铒光纤放大器、光隔离器、第二光耦合器，第一多芯光纤扇入扇出器、多芯光纤、第二多芯光纤扇入扇出器、延时光纤、偏振模块、第二掺铒光纤放大器、环形器、第一光电探测器、第二光电探测器以及数据采集模块；
所述微波源产生的正弦频率信号对所述激光器进行电流直接调制，所述激光器的输出光作为系统光源，经所述耦合器分为两路，分别用于产生探测光和泵浦光；
探测光路中，所述变频模块对探测光进行移频以调节探测光的频率探测区间，所述光频梳模块产生数字电频梳信号，以驱动所述电光调制器对移频后的探测光进行调制，生成的数字光频梳经所述第一掺铒光纤放大器放大，又经所述光隔离器后由第二光耦合器分为两路光，分别作为探测光频梳与参考光频梳，再通过所述第一多芯光纤扇入扇出器分别入射至所述多芯光纤的任意两个纤芯；
泵浦光路中，泵浦光经所述延时光纤和所述偏振模块实现延时、偏振控制后，再经所述第二掺铒光纤放大器放大，又经所述环形器后通过所述第二多芯光纤扇入扇出器入射至所述多芯光纤中探测光频梳对应的纤芯；
探测光频梳经所述第二多芯光纤扇入扇出器和所述环形器输出后，由所述第一光电探测器完成光电转换，再由所述数据采集模块实现信号采集与处理；
参考光频梳经所述第二多芯光纤扇入扇出器后，由所述第二光电探测器完成光电转换，再由所述数据采集模块实现信号采集与处理。
进一步地，所述多芯光纤在同一包层区中存在两个及以上的纤芯，其中任一偏心纤芯作为探测光频梳的传感光路，其他纤芯作为参考光频梳的参考光路。
进一步地，所述光频梳模块生成的数字电频梳信号由多个具有相等频率间隔的频率分量组成，且起始频率与零频之间存在一定的频率保护间隔。
进一步地，所述变频模块用于调节所述探测光与所述泵浦光的频率差，使得所述探测光频梳的频率探测范围覆盖所述多芯光纤中传感光路的布里渊频移。
进一步地，所述数据采集模块同时采集探测光频梳与参考光频梳的电信号，还用于数字信号处理，在频域上提取受激布里渊散射信号，以获得多芯光纤链路的温度、应变和弯曲信息。
进一步地，所述偏振模块用于控制或快速改变所述泵浦光的偏振态。
进一步地，所述激光器为具有窄线宽的分布式反馈半导体激光器。
进一步地，所述延时光纤的长度与所述多芯光纤的长度匹配，以保证所述多芯光纤中存在唯一相关峰。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
（1）本发明提供的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，利用多芯光纤的空分特性，将多芯光纤中的任意两个纤芯分别作为传感光路与参考光路，分别用于传输探测光频梳与参考光频梳，无需使用额外光纤链路作参考。不同于现有基于光频梳的快速布里渊光学相关域分析仪中用前一时刻无布里渊增益的光频梳作静态参考，本发明提出的相关域分析仪同时接收探测光频梳与参考光频梳，消除探测光频梳的幅值与相位抖动引入的动态噪声基底，在频域上一次性获得准确布里渊增益谱从而避免现有相关域分析系统中的单一频率扫频，解决了现有基于光频梳的快速布里渊光学相关域分析仪的测量准确度受限于静态参考信号的问题。
（2）本发明提出的相关域分析仪的传感光路优选为多芯光纤的偏心纤芯，偏心纤芯中布里渊频移对弯曲敏感，可实现分布式曲率测量，且系统传感精度配置灵活，单点采样速度仅取决于数字电频梳的频率间隔，可实现高动态范围的光纤分布式温度、应变和曲率快速测量。
附图说明
图1为本发明的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪的结构示意图；
图中：
11、激光器；12、微波源；13、第一光耦合器；14、变频模块；15、电光调制器；16、光频梳模块；17、第一掺铒光纤放大器；18、光隔离器；19、第二光耦合器；20、第一多芯光纤扇入扇出器；21、多芯光纤；22、第二多芯光纤扇入扇出器；23、延时光纤；24、偏振模块；25、第二掺铒光纤放大器；26、环形器；27、第一光电探测器；28、第二光电探测器；29、数据采集模块。
图2为本发明的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪的实施例一所用七芯光纤的横截面图。
图3为本发明的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪的单一位置200帧接收信号布里渊增益谱实验结果图。
图4为本发明的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪的单一位置单帧接收信号布里渊增益谱经洛伦兹拟合前后实验结果图。
图5为本发明的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪的有无参考光路的测量不确定度对比图。
图6为本发明的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪的分布式布里渊频移测量实验结果图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例一：
参见附图1，本实施例提供的一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，包括激光器11、微波源12、第一光耦合器13、变频模块14、电光调制器15、光频梳模块16、第一掺铒光纤放大器17、光隔离器18、第二光耦合器19、第一多芯光纤扇入扇出器20、多芯光纤21、第二多芯光纤扇入扇出器22、延时光纤23、偏振模块24、第二掺铒光纤放大器25、环形器26、第一光电探测器27、第二光电探测器28以及数据采集模块29。
在本实例中，激光器11为工作波长在1550nm附近的分布式反馈半导体激光器，其线宽为100kHz，由微波源12输出的正弦信号进行电流直接调制。正弦频率调制的调制频率和调制幅度分别设置为2.9MHz和3.46GHz，对应的系统测量范围和理论空间分辨率分别为36m和10cm。激光器11的输出光由第一光耦合器13分为两路光，优选地，第一光耦合器13为3dB耦合器。
探测光路中，变频模块14由微波合成器、单边带调制器和注入锁定装置构成，微波合成器产生11.9GHz的微波信号，驱动单边带调制器对载波进行下变频。为提升系统信噪比，单边带调制器的输出光经注入锁定装置对下变频光进行放大并抑制其他光谱分量。光频梳模块16通过任意波形发生器产生多帧具有相同频率间隔的数字电频梳，驱动电光调制器15对变频模块14的输出光进行双边带调制，生成数字光频梳，经第一掺铒光纤放大器17放大后，又经光隔离器18后由第二光耦合器19分为两路光，分别作为探测光频梳与参考光频梳，再通过第一多芯光纤扇入扇出器20分别入射至多芯光纤21的任意两个纤芯。示例性的，多芯光纤21为同质七芯光纤，其纤芯横截面如附图2所示，其中探测光频梳通过第一多芯光纤扇入扇出器20入射至多芯光纤21的任一偏心纤芯，而参考光频梳通过第一多芯光纤扇入扇出器20入射至多芯光纤21的中心纤芯。其中，多芯光纤扇入扇出器主要用于将多芯光纤中各纤芯光信号低损耗地耦合至单模光纤中，以兼容各类基于单模光纤的光学器件。
泵浦光路中，延时光纤23用来控制相关峰，使得多芯光纤21上存在唯一相关峰，经偏振模块24实现光偏振态快速变化，又经第二掺铒光纤放大器25放大后，再经环形器26的1-2端口和第二多芯光纤扇入扇出器22输出，入射至多芯光纤21中探测光频梳所在的偏心纤芯。
探测光频梳在多芯光纤21的偏心纤芯中与泵浦光相互作用后，携带受激布里渊散射信号的探测光频梳经第二多芯光纤扇入扇出器22和环形器26的2-3端口输出后，经带宽为1.6GHz的第一光电探测器27完成光电转换，而未携带受激布里渊散射信号的参考光频梳则经第二多芯光纤扇入扇出器22后由第二光电探测器28完成光电转换，两路光频梳电信号同时通过数据采集模块29采集并平均200次后接收得到探测频率梳与参考频率梳，多次平均用于提升接收信号信噪比并消除偏振衰落噪声，运用数字信号处理算法在频域上对每一帧信号提取受激布里渊散射信号并计算布里渊频移，获得多芯光纤链路的传感信息。
作为实例，将布里渊频移在10.65GHz附近的24m同质七芯光纤作为传感光纤用于测试。探测光路中，数字电频梳的起始频率是1GHz，频率间隔是2MHz，频率数量是300，帧长度为0.5µs，帧数目是200，探测光频梳的测量频率范围是10.3GHz~10.9GHz。泵浦光路中，延时光纤的长度设置为200m。
以参考频率梳作为背景噪声，在光纤单一相关峰位置，对200帧光频梳信号进行布里渊频谱提取的结果如附图3所示，系统的单点采样率达10kSa/s，单帧光频梳信号布里渊频谱经洛伦兹拟合的测量结果如附图4所示，从而得到相关峰位置对应的布里渊频移。为证明参考光路对光频梳动态噪声低噪的抑制作用，以单次200帧的测量布里渊频移的标准差作为系统的测量不确定度，在相同环境条件下进行的200次测量实验，有无参考光路的系统测量不确定度如附图5所示，表明以多芯光纤中间纤芯作为参考光路可有效抑制光频梳的动态基底噪声，提升测量准确度。为证明系统的分布式传感性能，将调制频率从2.56MHz扫描至3.41MHz，系统测量的布里渊频移如附图6所示，布里渊频移接近10.5GHz的光纤段为多芯光纤扇入扇出器，待测光纤尾端的10cm拉伸段也清晰测出，表明传感系统的空间分辨率可达10cm。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，将偏振模块移至探测光路，通过控制探测光频梳的偏振态以消除偏振衰落噪声。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处在于，用高带宽的光频梳模块产生高频数字电频梳，搭配高带宽电光调制器进行探测光频梳调制，无需变频模块，降低系统复杂度。
实施例四：
本实施例与实施例一的不同之处在于，将变频模块移至泵浦光路，通过泵浦光上变频调节探测光的频率探测区间以覆盖多芯光纤传感光路的布里渊频移。
总而言之，本发明的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪将多芯光纤的两个纤芯分别作为传感光路与参考光路，在不增加额外光纤链路情况下消除了数字光频梳的动态噪声基底，无需传统单频扫描操作，具有大测量范围且系统精度配置灵活，突破了现有快速测量方案的测量速度与测量准确度限制，提供分布式弯曲及形状传感能力，能进一步提升布里渊光学相关域分析仪的动态测量能力并拓宽应用范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，包括：激光器、微波源、第一光耦合器、变频模块、电光调制器、光频梳模块、第一掺铒光纤放大器、光隔离器、第二光耦合器，第一多芯光纤扇入扇出器、多芯光纤、第二多芯光纤扇入扇出器、延时光纤、偏振模块、第二掺铒光纤放大器、环形器、第一光电探测器、第二光电探测器以及数据采集模块；
所述微波源产生的正弦频率信号对所述激光器进行电流直接调制，所述激光器的输出光作为系统光源，经所述第一光耦合器分为两路光，分别用于产生探测光和泵浦光；
探测光路中，所述变频模块对探测光进行移频以调节探测光的频率探测区间，所述光频梳模块产生数字电频梳信号，以驱动所述电光调制器对移频后的探测光进行调制，生成的数字光频梳经所述第一掺铒光纤放大器放大，又经所述光隔离器后由第二光耦合器分为两路光，分别作为探测光频梳与参考光频梳，再通过所述第一多芯光纤扇入扇出器分别入射至所述多芯光纤的任意两个纤芯；
泵浦光路中，泵浦光经所述延时光纤和所述偏振模块实现延时、偏振控制后，再经所述第二掺铒光纤放大器放大，又经所述环形器后通过所述第二多芯光纤扇入扇出器入射至所述多芯光纤中探测光频梳对应的纤芯；
探测光频梳经所述第二多芯光纤扇入扇出器和所述环形器输出后，由所述第一光电探测器完成光电转换，再由所述数据采集模块实现信号采集与处理；
参考光频梳经所述第二多芯光纤扇入扇出器后，由所述第二光电探测器完成光电转换，再由所述数据采集模块实现信号采集与处理。
2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述多芯光纤在同一包层区中存在两个及以上的纤芯，其中任一偏心纤芯作为探测光频梳的传感光路，其他纤芯作为参考光频梳的参考光路。
3.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述光频梳模块生成的数字电频梳信号由多个具有相等频率间隔的频率分量组成，且起始频率与零频之间存在一定的频率保护间隔。
4.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述变频模块用于调节所述探测光与所述泵浦光的频率差，使得所述探测光频梳的频率探测范围覆盖所述多芯光纤中传感光路的布里渊频移。
5.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述数据采集模块同时采集探测光频梳与参考光频梳的电信号，还用于数字信号处理，在频域上提取受激布里渊散射信号，以获得多芯光纤链路的温度、应变和弯曲信息。
6.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述偏振模块用于控制或快速改变所述泵浦光的偏振态。
7.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述激光器为具有窄线宽的分布式反馈半导体激光器。
8.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪，其特征在于，所述延时光纤的长度与所述多芯光纤的长度匹配，以保证所述多芯光纤中存在唯一相关峰。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311239996.7A CN116972891B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311239996.7A CN116972891B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116972891A CN116972891A (zh) | 2023-10-31 |
| CN116972891B true CN116972891B (zh) | 2023-11-28 |
Family
ID=88471691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311239996.7A Active CN116972891B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116972891B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117490741A (zh) * | 2024-01-03 | 2024-02-02 | 华中科技大学 | 一种基于双边带光频梳的快速布里渊光学时域分析仪 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201852564U (zh) * | 2010-01-12 | 2011-06-01 | 武汉烽火富华电气有限责任公司 | 变压器绕组变形和温度的分布式光纤在线监测系统 |
| CN103076112A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-01 | 广东电网公司电力调度控制中心 | 单边带分布式光纤传感系统的参数测量装置 |
| CN104584465A (zh) * | 2012-08-30 | 2015-04-29 | 独立行政法人情报通信研究机构 | 含有多芯光纤的空分复用装置以及自零差检波方法 |
| CN110426067A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-08 | 武汉钜风科技有限公司 | 一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法 |
| CN114353685A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-04-15 | 太原理工大学 | 基于混沌布里渊相位谱的高频动态应变测量装置和方法 |
| CN114509097A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-05-17 | 华中科技大学 | 一种基于光频梳和捷变频的快速布里渊光学时域分析仪 |
| CN115876350A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-31 | 华中科技大学 | 一种基于光频梳的快速布里渊光学相关域分析仪 |
-
2023
- 2023-09-25 CN CN202311239996.7A patent/CN116972891B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201852564U (zh) * | 2010-01-12 | 2011-06-01 | 武汉烽火富华电气有限责任公司 | 变压器绕组变形和温度的分布式光纤在线监测系统 |
| CN104584465A (zh) * | 2012-08-30 | 2015-04-29 | 独立行政法人情报通信研究机构 | 含有多芯光纤的空分复用装置以及自零差检波方法 |
| CN103076112A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-01 | 广东电网公司电力调度控制中心 | 单边带分布式光纤传感系统的参数测量装置 |
| CN110426067A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-08 | 武汉钜风科技有限公司 | 一种基于多芯光纤的布里渊时域分析系统和方法 |
| CN114509097A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-05-17 | 华中科技大学 | 一种基于光频梳和捷变频的快速布里渊光学时域分析仪 |
| CN114353685A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-04-15 | 太原理工大学 | 基于混沌布里渊相位谱的高频动态应变测量装置和方法 |
| CN115876350A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-31 | 华中科技大学 | 一种基于光频梳的快速布里渊光学相关域分析仪 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 7-Core Fiber-Based High-Resolution Omnidirectional Vector Bending Sensor Enabled by Microwave Photonics Filter;Yucheng Yao;JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY;第41卷(第17期);第5744-5753页 * |
| BOTDA Sensing System Based on Differential Golay Coding and Deconvolution Algorithm;Weilun Wei 等;《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》;第41卷(第16期);第5475-5484页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116972891A (zh) | 2023-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10461850B2 (en) | Frequency synthesis-based optical frequency domain reflectometry method and system | |
| Von Der Weid et al. | On the characterization of optical fiber network components with optical frequency domain reflectometry | |
| Liu et al. | High-accuracy multiple microwave frequency measurement with two-step accuracy improvement based on stimulated Brillouin scattering and frequency-to-time mapping | |
| CN107528638B (zh) | 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法 | |
| CN116972891B (zh) | 一种基于多芯光纤的快速布里渊光学相关域分析仪 | |
| CN110220470B (zh) | 基于瑞利散射的单端混沌布里渊动态应变测量装置及方法 | |
| CN109613335B (zh) | 一种基于循环移频的微波信号频率测量装置及方法 | |
| Healey | Review of long wavelength single-mode optical fiber reflectometry techniques | |
| CN115876350A (zh) | 一种基于光频梳的快速布里渊光学相关域分析仪 | |
| CN107727367B (zh) | 一种激光器频率噪声测量方法及系统 | |
| CN107966172B (zh) | 一种宽带光电探测器响应度测试仪及其测试方法 | |
| CN110702988B (zh) | 基于傅里叶域锁模光电振荡器的注入式频谱侦测系统 | |
| CN111637910B (zh) | 时域差分高速混沌布里渊光相干域监测装置及方法 | |
| CN110375960A (zh) | 一种基于超连续谱光源otdr的装置及方法 | |
| Tang et al. | Photonics-assisted joint radar detection and frequency measurement system | |
| CN114526683B (zh) | 一种高空间分辨率温度和应变光纤传感系统及测量方法 | |
| CN114353685A (zh) | 基于混沌布里渊相位谱的高频动态应变测量装置和方法 | |
| CN110375782B (zh) | 提高ofdr单次扫描解调速度的装置及方法 | |
| Chen et al. | Precise multiple frequency identification based on frequency-to-time mapping and cross-correlation | |
| Chen et al. | Simplified Doppler frequency shift measurement enabled by Serrodyne optical frequency translation | |
| Bai et al. | Ultra-wideband instantaneous frequency measurement based on differential photonic time-stretch | |
| Gutiérrez‐Martínez et al. | A microwave coherence‐multiplexed optical transmission system on Ti: LiNbO3 integrated optics technology | |
| Liu et al. | Optical-carried microwave interferometric ranging method based on frequency-scanning phase | |
| Fan et al. | Photonic-delay line cross correlation method based on DWDM for phase noise measurement | |
| CN116165433B (zh) | 一种基于光纤布拉格光栅的微波光子学测量装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |