FR2710150A1 - Method for measuring the Brillouin scattering in an optical fibre and device for implementing this method - Google Patents

Method for measuring the Brillouin scattering in an optical fibre and device for implementing this method Download PDF

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Abstract

This device for measuring Brillouin scattering includes a single laser source (11), a modulator (12) placed on the path of the light emitted by the source (11) and designed to generate a pumping signal and a test signal which are injected to one end (13) of the fibre (10), a mirror (15) arranged at the other end (14) of the fibre in order to reflect the said signals, and an electronic unit (16) for producing time encoding of these signals in order to offset them in time relative to one another so that they cross at a point in the fibre after reflection at the end (14). A detector (20) connected to a detection fibre (18) that is coupled to the fibre (10) by a coupler (19) allows opto-electrical conversion of the two signals and determination of the value of the Brillouin scattering in the fibre. Determination of physical parameters external to the fibre, such as temperature, on the basis of the value of the Brillouin scattering in this fibre.

Description

PROCEDE DE MESURE DE LA DIFFUSION BRILLOUIN DANS UNE
FIBRE OPTIQUE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DE CE
PROCEDE
La présente invention concerne un procédé de mesure de la diffusion
Brillouin dans une fibre optique, selon lequel on génère, au moyen d'un laser et d'un modulateur interposé sur le parcours de la lumière dudit laser, par un seul passage à travers ledit modulateur, un signal de pompe et un signal test dont la fréquence optique est différente de celle du signal de pompe.METHOD FOR MEASURING THE BRILLOUIN DIFFUSION IN A
OPTICAL FIBER AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE SAME
PROCESS
The present invention relates to a diffusion measurement method
Brillouin in an optical fiber, according to which a pump signal and a test signal are generated by means of a laser and a modulator interposed on the light path of said laser, by a single passage through said modulator. the optical frequency is different from that of the pump signal.

Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.It also relates to a device for implementing this method.

La diffusion Brillouin est un processus non linéaire qui apparaît dans les fibres optiques pour une puissance de pompage qui est sensiblement plus faible que celle des autres effets non linéaires. Cet effet est utilisé pour déterminer des grandeurs physiques extérieures à la fibre, telles que par exemple la température, par déduction à partir d'une mesure de la diffusion Brillouin.Brillouin scattering is a nonlinear process that appears in optical fibers for a pumping power which is significantly lower than that of other nonlinear effects. This effect is used to determine physical quantities external to the fiber, such as for example the temperature, by deduction from a measurement of the Brillouin scattering.

Pour mesurer cette grandeur, on injecte de la lumière d'une source laser d'un côté de la fibre optique. Cette lumière, appelée onde de pompage ou signal de pompe, est définie par une fréquence d'émission ou fréquence pompe /P. De l'autre côté de la fibre, on injecte un signal test qui est défini par une fréquence test vt. Ces deux signaux, à savoir le signal de pompe et le signal test peuvent être composés d'impulsions. La différence de leurs fréquences, soit l/P-lt est déterminée et doit pouvoir être variée, la variation étant de l'ordre de quelques 10 à 12 GHz (Gigahertz).To measure this quantity, light from a laser source is injected on one side of the optical fiber. This light, called the pumping wave or pump signal, is defined by an emission frequency or pump frequency / P. On the other side of the fiber, a test signal is injected which is defined by a test frequency vt. These two signals, namely the pump signal and the test signal can be composed of pulses. The difference in their frequencies, ie l / P-lt is determined and must be able to be varied, the variation being of the order of a few 10 to 12 GHz (Gigahertz).

Les conditions expérimentales requises pour effectuer les mesures cidessus sont donc les suivantes:
- il faut disposer de ondes optiques se propageant dans deux sens opposés dans une même fibre optique,
- l'une au moins de ces ondes doit avoir une fréquence variable de telle manière que la différence Jp-Jt soit variable. Dans la pratique on fait varier la fréquence test /t et on maintient la fréquence pompe /P constante ou vice versa.The experimental conditions required to carry out the above measurements are therefore the following:
- it is necessary to have optical waves propagating in two opposite directions in the same optical fiber,
- at least one of these waves must have a variable frequency so that the difference Jp-Jt is variable. In practice, the test frequency / t is varied and the pump frequency / P is kept constant or vice versa.

- il faut disposer de moyens pour analyser la variation d'amplitude du signal pour en déduire la diffusion Brillouin. - it is necessary to have means to analyze the variation in amplitude of the signal to deduce the Brillouin scattering.

Les difficultés sont dues au fait qu'il n'est pas aisé de connaître la différence Jp-Jt de manière précise. En plus, lorsque l'on utilise deux sources laser distinctes distantes l'une de l'autre, étant donné que les deux extrémités de la fibre sont généralement éloignées de plusieurs kilomètres, le matériel est encombrant et son coût est élevé, ce qui freine de manière conséquente l'exploitation industrielle du procédé.The difficulties are due to the fact that it is not easy to know the difference Jp-Jt in a precise way. In addition, when two separate laser sources are used which are distant from each other, since the two ends of the fiber are generally distant by several kilometers, the equipment is bulky and its cost is high, which slows down consequently the industrial exploitation of the process.

L'obligation d'utiliser deux sources distinctes a pu être contournée grâce à l'interposition sur le parcours du signal d'émission ou signal de pompe, d'un modulateur acousto-optique qui, après plusieurs passages du signal, crée un décalage de fréquence. il faut, en règle générale, plusieurs dizaine de passages pour obtenir le décalage de fréquence nécessaire. Ces passages successifs ont pour conséquence d'affaiblir le signal, d'où la nécessité de disposer d' un amplificateur optique. Ce procédé et l'installation correspondante sont très compliqués et par conséquent peu utilisés dans l'industrie.The obligation to use two separate sources could be circumvented thanks to the interposition on the route of the emission signal or pump signal, of an acousto-optical modulator which, after several passages of the signal, creates a shift of frequency. as a general rule, several dozen passes are required to obtain the necessary frequency offset. These successive passages have the consequence of weakening the signal, hence the need for an optical amplifier. This process and the corresponding installation are very complicated and therefore little used in industry.

La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en proposant un procédé utilisable industriellement et un dispositif simple et efficace pour la mise en oeuvre de ce procédé.The present invention proposes to overcome these drawbacks by proposing a process which can be used industrially and a simple and effective device for implementing this process.

Dans ce but le procédé est caractérisé en ce que le signal test et le signal de pompe sont injectés dans la même extrémité de la fibre, l'un des deux signaux étant réfléchi à l'extrémité opposée de la fibre avant que l'autre signal de parvienne à cet endroit, de manière à provoquer un croisement des deux signaux à l'intérieur de la fibre, en ce que l'on procède à un codage temporel de ces signaux permettant de les décaler temporellement l' un par rapport à l'autre, et en ce qu' on mesure ladite diffusion Brillouin au point de croisement du signal de pompe et du signal test. For this purpose the method is characterized in that the test signal and the pump signal are injected into the same end of the fiber, one of the two signals being reflected at the opposite end of the fiber before the other signal to reach this place, so as to cause a crossing of the two signals inside the fiber, in that one proceeds to a temporal coding of these signals making it possible to shift them in time one relative to the other, and in that said Brillouin scattering is measured at the point of intersection of the pump signal and the test signal.

De façon avantageuse, le signal de pompe et /ou le signal test sont est émis sous la forme d'impulsions, et l'on utilise le même modulateur pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test et pour générer le décalage de fréquence entre le signal de pompe et le signal test.Advantageously, the pump signal and / or the test signal are emitted in the form of pulses, and the same modulator is used to pulse the pump signal and / or the test signal and to generate the offset of frequency between the pump signal and the test signal.

L'on utilise de préférence un modulateur électro-optique pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test.An electro-optical modulator is preferably used to pulse the pump signal and / or the test signal.

Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens, disposés à l'extrémité de la fibre opposée à l'extrémité dans laquelle on injecte le signal de pompe et le signal test, pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test, des moyens pour procéder à un codage temporel du signal de pompe et du signal test de manière à les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre, et des moyens pour mesurer ladite diffusion
Brillouin au point de croisement dans la fibre desdits signaux pompe et test.The device for implementing this method is characterized in that it comprises means, arranged at the end of the fiber opposite the end into which the pump signal and the test signal are injected, for reflecting said pump signal and said test signal, means for temporal coding of the pump signal and the test signal so as to offset them in time with respect to each other, and means for measuring said diffusion
Brillouin at the crossing point in the fiber of said pump and test signals.

Dans le mode de réalisation préféré du dispositif le modulateur est du type électro-optique et il est agencé pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test.In the preferred embodiment of the device, the modulator is of the electro-optical type and is arranged to pulse the pump signal and / or the test signal.

Dans ce mode réalisation le dispositif comporte une unité électronique pour procéder au décalage temporel du signal de pompe et du signal test.In this embodiment, the device includes an electronic unit for time-shifting the pump signal and the test signal.

Les moyens pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test peuvent être constitués par un miroir autonome disposé en regard de l'extrémité de la fibre ou par une surface réfléchissante intégrée à l'extrémité de la fibre, ou par la réflexion naturelle à l'interface entre la fibre et le milieu extérieur à la fibre.The means for reflecting said pump signal and said test signal can be constituted by a self-contained mirror placed facing the end of the fiber or by a reflecting surface integrated at the end of the fiber, or by natural reflection at the end of the fiber. interface between the fiber and the environment outside the fiber.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un mode de réalisation préféré du procédé et du dispositif de mise en oeuvre de ce précédé, et d'une variante illustrée par les dessins dans lesquels: - la figure 1 représente une vue du dispositif selon l'invention sous sa forme préférée, et - la figure 2 représente une vue d'une variante du dispositif selon l'invention, utilisable lorsque les deux extrémités de la fibre sont ramenées sensiblement en un même point.The present invention will be better understood with reference to the description of a preferred embodiment of the method and of the device for implementing this procedure, and of a variant illustrated by the drawings in which: - Figure 1 represents a view of the device according to the invention in its preferred form, and - Figure 2 shows a view of a variant of the device according to the invention, usable when the two ends of the fiber are brought substantially to the same point.

La figure 1 illustre un dispositif permettant de mesurer la diffusion
Brillouin dans une fibre 10 dans laquelle on injecte par une extrémité 13 un signal de pompe et un signal test, constitués par la lumière émise par une source laser 11, après passage à travers un modulateur électro-optique 12. L'autre extrémité 14 de cette fibre optique 10 est équipée d'un élément réfléchissant 15. Cet élément 15 peut se présenter sous la forme d' un miroir indépendant rapporté ou d'une surface réfléchissante constituée par une couche intégrée à la fibre, par dépôt sur l'extrémité de cette fibre, ou par la réflexion naturelle à l'interface entre la fibre et le milieu extérieur à la fibre.Figure 1 illustrates a device for measuring diffusion
Brillouin in a fiber 10 into which is injected by one end 13 a pump signal and a test signal, constituted by the light emitted by a laser source 11, after passage through an electro-optical modulator 12. The other end 14 of this optical fiber 10 is equipped with a reflecting element 15. This element 15 can be in the form of a separate independent mirror or a reflecting surface formed by a layer integrated into the fiber, by deposition on the end of this fiber, or by natural reflection at the interface between the fiber and the environment outside the fiber.

Une unité électronique 16 est couplée au modulateur 12 pour générer une deuxième fréquence, décalée par rapport à une première fréquence. Cet ensemble permet de générer le signal test et le signal de pompe et de les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre.An electronic unit 16 is coupled to the modulator 12 to generate a second frequency, offset from a first frequency. This set makes it possible to generate the test signal and the pump signal and to offset them in time relative to each other.

En raison de ce décalage le signal de pompe et le signal test se croisent, après réflexion à l'extrémité 14, en un point dans la fibre.Because of this offset, the pump signal and the test signal cross, after reflection at the end 14, at a point in the fiber.

La fibre 10 est couplée avec une fibre de détection 18 au moyen d'un coupleur 19. Cette fibre de détection est connectée à un détecteur 20 réalisant la conversion optique-électrique du signal test et du signal de pompe.The fiber 10 is coupled with a detection fiber 18 by means of a coupler 19. This detection fiber is connected to a detector 20 performing the optical-electrical conversion of the test signal and the pump signal.

En faisant varier la différence de fréquence entre le signal de pompe et le signal test au moyen de l'unité 16 et du modulateur 12 on réalise dans la fibre une analyse spectrale de la diffusion Brillouin.By varying the frequency difference between the pump signal and the test signal by means of the unit 16 and the modulator 12, a spectral analysis of the Brillouin scattering is carried out in the fiber.

En variant le décalage temporel entre le signal de pompe et le signal test, le point de croisement de ces deux signaux peut être déplacé en tout point de la fibre 10. Ceci permet par exemple d'effectuer la surveillance d' un câble en détectant notamment les anomalies de température de la fibre en un point donné.By varying the time offset between the pump signal and the test signal, the crossing point of these two signals can be moved to any point on the fiber 10. This makes it possible, for example, to monitor a cable by detecting in particular fiber temperature anomalies at a given point.

La figure 2 illustre une variante dans laquelle la fibre 30 constitue une boucle de telle manière que les deux extrémités 31 et 32 sont couplées par un coupleur optique 33, connecté à la source laser 34 et au détecteur 35. Le modulateur 36, identique au modulateur 12 de la figure 1, associé à l'unité électronique 37 est interposé sur une des branches de la boucle de la fibre 30. Un isolateur optique 38 est monté sur l'autre branche de cette boucle.FIG. 2 illustrates a variant in which the fiber 30 forms a loop so that the two ends 31 and 32 are coupled by an optical coupler 33, connected to the laser source 34 and to the detector 35. The modulator 36, identical to the modulator 12 of Figure 1, associated with the electronic unit 37 is interposed on one of the branches of the loop of the fiber 30. An optical isolator 38 is mounted on the other branch of this loop.

La présente invention n' est pas limitée aux exemples de réalisation et d'application décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. The present invention is not limited to the exemplary embodiments and applications described above, but it extends to any modification or variant obvious to a person skilled in the art.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la diffusion Brillouin dans une fibre optique, selon lequel on génère, au moyen d'un laser et d'un modulateur interposé sur le parcours de la lumière dudit laser, par un seul passage à travers ledit modulateur, un signal de pompe et un signal test dont la fréquence optique est différente de celle du signal de pompe, caractérisé en ce que le signal test et le signal de pompe sont injectés dans la même extrémité de la fibre, l'un des deux signaux étant réfléchi à l'extrémité opposée de la fibre avant que l'autre signal de parvienne à cet endroit, de manière à provoquer un croisement de ces deux signaux à l'intérieur de la fibre, en ce que l'on procède à un codage temporel de ces signaux permettant de les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre, et en ce qu'on mesure ladite diffusion Brillouin au point de croisement du signal de pompe et du signal test.1. A method for measuring the Brillouin scattering in an optical fiber, according to which a laser and a modulator interposed on the light path of said laser are generated by a single passage through said modulator, a pump signal and a test signal whose optical frequency is different from that of the pump signal, characterized in that the test signal and the pump signal are injected into the same end of the fiber, one of the two signals being reflected at the opposite end of the fiber before the other signal arrives at this location, so as to cause a crossing of these two signals inside the fiber, in that one proceeds to a time coding of these signals making it possible to offset them in time relative to each other, and in that said Brillouin scattering is measured at the point of intersection of the pump signal and the test signal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de pompe et/ou le signal test sont émis sous la forme d'impulsions.2. Method according to claim 1, characterized in that the pump signal and / or the test signal are transmitted in the form of pulses. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise le même modulateur pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test et pour générer le décalage de fréquence entre ces deux signaux.3. Method according to claim 1, characterized in that the same modulator is used to pulse the pump signal and / or the test signal and to generate the frequency offset between these two signals. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un modulateur électro-optique pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test.4. Method according to claim 1, characterized in that an electro-optical modulator is used to pulse the pump signal and / or the test signal. 5. Dispositif de mesure de la diffusion Brillouin dans une fibre optique, comportant une source laser unique (11) générant, après un seul passage de la lumière dans un modulateur (12), un signal de pompe et un signal test injectés à une extrémité (13) de cette fibre (10), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15), disposés à l'extrémité (14) de la fibre opposée à l'extrémité (13) dans laquelle on injecte le signal de pompe et le signal test, pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test, des moyens pour procéder à un codage temporel du signal de pompe et du signal test de manière à les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre, et des moyens pour mesurer ladite diffusion Brillouin au point de croisement dans la fibre desdits signaux pompe et test.5. Device for measuring the Brillouin scattering in an optical fiber, comprising a single laser source (11) generating, after a single passage of light in a modulator (12), a pump signal and a test signal injected at one end (13) of this fiber (10), characterized in that it comprises means (15), disposed at the end (14) of the fiber opposite the end (13) into which the pump signal is injected and the test signal, for reflecting said pump signal and said test signal, means for carrying out a time coding of the pump signal and the test signal so as to offset them in time with respect to each other, and means for measuring said Brillouin scattering at the crossing point in the fiber of said pump and test signals. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le modulateur (12) est agencé pour pulser le signal de pompe. et/ou le signal test.6. Device according to claim 5, characterized in that the modulator (12) is arranged to pulse the pump signal. and / or the test signal. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le modulateur (12) est du type électro-optique.7. Device according to claim 5, characterized in that the modulator (12) is of the electro-optical type. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique (16) pour procéder au décalage temporel du signal de pompe et du signal test.8. Device according to claim 5, characterized in that it comprises an electronic unit (16) for carrying out the time shift of the pump signal and the test signal. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (15) pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test sont constitués par un miroir autonome disposé en regard de l'extrémité (14) de la fibre (10).9. Device according to claim 5, characterized in that said means (15) for reflecting said pump signal and said test signal are constituted by an autonomous mirror placed opposite the end (14) of the fiber (10). 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (15) pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test sont constitués par une surface réfléchissante intégrée à l'extrémité (14) de la fibre (10).10. Device according to claim 5, characterized in that said means (15) for reflecting said pump signal and said test signal consist of a reflecting surface integrated at the end (14) of the fiber (10). 11. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (15) pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test sont constitués par la réflexion naturelle à l'interface entre la fibre (10) et le milieu extérieur à la fibre. 11. Device according to claim 5, characterized in that said means (15) for reflecting said pump signal and said test signal are constituted by natural reflection at the interface between the fiber (10) and the medium external to the fiber .
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