CN203103754U - 一种用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器，包括环路器，环路器分别与信号接收处理器、脉冲信号光源和波分复用器相连接，波分复用器还与脉冲拉曼光源相连接；使用时，将波分复用器与振动探测光缆相连接。本拉曼放大器利用拉曼光源的受激拉曼效应使得整个光缆产生受激拉曼状态，脉冲信号的光源波长与拉曼光源的受激拉曼波长相同，也与后向散射的瑞利散射光波长相同，在放大传输信号的同时也可以放大后向散射瑞利信号的光强，使得整个系统可以获得双向放大效果，并通过脉冲拉曼放大的方式双向放大信号光强来增加探测距离。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤振动传感技术领域，涉及一种用于分布式光纤振动传感系统的放大器，尤其是指一种用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器。
背景技术
分布式光纤振动传感装置基于光线背向瑞利散射自相干原理，当激光脉冲在光纤中传输时，光纤中会不断产生瑞利散射光，其中一部分会反方向传输到“源头”，这部分散射光称为“背向散射光”。实际应用中可以利用后向瑞利散射的自相干特性来监控相应位置的振动状态，即将光缆绑缚于铁路周边防护网上，通过监控周围环境的振动状况来监控铁路两侧的落石状况。
在分布式光纤传感装置中，散射信号强度随着探测距离的增加呈指数关系下降，在不降低装置信噪比的情况下，通常有两种方法，一是提高光源入射功率，二是提高接收电路灵敏度和动态范围。但提高光源入射功率将加大光纤中的非线性效应，在功率高于一定水平之后，反而使得探测距离变小。另外，目前接收机的灵敏度已到极限，通常很难提高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器，在利用光时域反射技术（OTDR）原理对环境振动等物理参数进行监控时，通过对传输信号以及后向散射信号的双重放大延长光纤探测距离。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器，包括环路器，环路器分别与信号接收处理器、脉冲信号光源和波分复用器相连接，波分复用器还与脉冲拉曼光源相连接；使用时，将波分复用器与振动探测光缆相连接。
所述脉冲信号光源发出的脉冲信号光波波长与脉冲拉曼光源发出的脉冲信号光波波长的波长差为110nm。
本实用新型受激拉曼放大器使用脉冲拉曼激光器来实现光缆中的受激拉曼状态，拉曼光源和信号光源的信号波长差为110nm。这样使得信号光源的波长和拉曼光源的受激拉曼波长相同，脉冲拉曼光源使光缆产生的受激拉曼状态可以对信号光源的信号光以及其后向散射的瑞利光进行放大。后向散射的瑞利光通过波分复用器（WDM）之后再通过环路器进入信号接收处理器，对散射回来的瑞利光进行分析处理，得到振动探测光缆相应位置的环境振动效应，用以实现对铁路两侧落石的监控。
附图说明
图1是本实用新型受激拉曼放大器的结构示意图。
图2是本实用新型脉动光源输出双脉冲光信号示意图。
图中：1.脉冲信号光源，2.脉冲拉曼光源，3.环路器，4.波分复用器，5.振动探测光缆，6.信号接收处理器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型受激拉曼放大器，包括环路器3，环路器3分别与信号接收处理器6、脉冲信号光源1和波分复用器4相连接，波分复用器4还分别与脉冲拉曼光源2和振动探测光缆5相连接。
脉冲信号光源1发出的脉冲信号光波波长与脉冲拉曼光源2发出的脉冲信号光波波长的波长差为110nm；波分复用器4则需要可以将这两种光波分复用与解复用；而环路器3需要满足在信号脉冲光源的波长为其工作波长。本实用新型受激拉曼放大器使用的各个光学部件需要满足协调使用的功能；振动探测光缆5使用标准通讯用单模光缆即可，也可以根据项目实际运用需求使用较为特殊的单模光缆。
脉冲拉曼光源2发出的光通过波分复用器4耦合先于脉冲信号光进入振动探测光缆5中，使得振动探测光缆5处于受激拉曼状态之下。脉冲信号光源1发出的脉冲信号光在通过环路器3之后通过波分复用器4耦合进入振动探测光缆5之中，在受激拉曼状态下的振动探测光缆5中传输，该脉冲信号光在振动探测光缆5中传输的同时因受激拉曼状态而产生放大效应，如图2所示，同时在传输过程中产生后向瑞利散射，后向瑞利散射光也因受激拉曼效应而被放大。因脉冲拉曼激光产生的受激拉曼相应具有时间性，所以两束脉冲信号光之间的时间差不宜过长，应该在受激拉曼效应结束时间之内。后向散射的瑞利光依次通过波分复用器4和环路器3后进入信号接收处理器6，信号接收处理器6对接收到的散射回来的瑞利光进行分析处理，得到振动探测光缆相应位置的环境振动效应，用以实现对铁路两侧落石的监控。
本实用新型受激拉曼放大器分为有源部分和无源部分两大部分。有源部分脉冲信号光与脉冲拉曼光混合进入光纤。在远端的无源部分，脉冲信号光和背向散射光在传感光纤中被放大。有源部分采用脉冲拉曼光源，脉冲拉曼光源以一定的提前量与传感脉冲同步。利用拉曼光源的受激拉曼效应使得整个光缆产生受激拉曼状态，脉冲信号的光源波长与拉曼光源的受激拉曼波长相同，也与后向散射的瑞利散射光波长相同，在放大传输信号的同时也可以放大后向散射瑞利信号的光强，使得整个系统可以获得双向放大效果。
本受激拉曼放大器使用脉冲拉曼光源实现振动探测光缆5的受激拉曼效应，这样既可以减少整个系统的能耗。同时也可以使得振动探测光缆5中的整体光信号处于一个较为安全的光强范围之内，即使在光缆被破坏的情况下，尾端的光也不会对人体造成伤害。
光信号在光纤中传输会有一定的衰减，即光信号会随着光纤长度的增加而减小，而利用背向散射光作为监控运用的系统，这种减小效应会更加明显；当达到一定距离之后会因为信号过小而无法探测。从上述可以看出，探测长度受限于接收端光信号的强度以及接收光电探测器的信噪比；即可以通过提高接收光信号的强度或者提高光电探测器的信号比来提高探测的长度。本使用新型受激拉曼放大器正是通过脉冲拉曼放大的方式双向放大信号光强来增加探测距离。
Claims (2)
1. 一种用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器，其特征在于：包括环路器（3），环路器（3）分别与信号接收处理器（6）、脉冲信号光源（1）和波分复用器（4）相连接，波分复用器（4）还与脉冲拉曼光源（2）相连接；使用时，将波分复用器（4）与振动探测光缆（5）相连接。
2. 根据权利要求1所述的用于分布式光纤振动传感系统的受激拉曼放大器，其特征在于：所述脉冲信号光源（1）发出的脉冲信号光波波长与脉冲拉曼光源（2）发出的脉冲信号光波波长的波长差为110nm。
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