RU2798750C1 - Устройство для измерения скорости ультразвуковых волн с помощью нелинейного оптического эффекта вынужденного рассеяния мандельштама-бриллюэна - Google Patents

Abstract

Использование: для измерения скорости ультразвуковых волн с помощью нелинейного оптического эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). Сущность изобретения заключается в том, что при прохождении лазерного излучения через схему устройства в последнем формируется спектрально смещенное ВРМБ излучение, которое направляется в подключаемый лазерно-интерферометрический приборный комплекс через входной циркулятор устройства, где на осциллографе из состава комплекса наблюдается биение частоты лазера из состава комплекса и частот ВРМБ излучения. В схеме устройства реализовано многократное прохождение лазерного излучения через используемые катушки оптического волокна, что позволяет получить эффекты ВРМБ более высоких порядков. В схеме устройства исключены все возможные источники дополнительных оптических потерь и реализована накачка катушек оптического волокна с двух торцов, что обеспечивает минимизацию потерь. Технический результат: обеспечение возможности калибровать/поверять лазерно-интерферометрические приборные комплексы как средства измерения скорости за счет измерения спектрального сдвига отраженного назад сигнала, обусловленного эффектом вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне, и обеспечение возможности расширения диапазона регистрируемых скоростей ультразвуковых волн. 3 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к технике оптической связи, а именно к области измерительной техники для оптических систем передачи информации, и может быть использована для калибровки и поверки лазерно-интерферометрических приборных комплексов, применяемых для измерения скорости движущихся объектов.

В настоящее время не существует калибровочных/поверочных стендов на основе эталонов/аттестованных объектов скорости для измерительных комплексов, регистрирующих параметры быстропротекающих процессов. Существующие приборные комплексы регистрации скорости поверяются как средство измерения частоты модуляции оптических сигналов. В настоящей заявке предлагается возможность использования метода диагностики и калибровки/поверки приборных комплексов (измерителей скорости) типа PDV, основанного на использовании нелинейного эффекта - вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) в оптических волокнах, который позволит поверять их, как средство измерения скорости и расширить диапазон регистрируемых скоростей ультразвуковых волн.

Известен ультразвуковой приемопередатчик для измерения скорости звука, который пригоден в области связи, состоящий из высоковольтной схемы генерации постоянного тока, схемы мгновенного разряда конденсатора, схемы защиты входа и схемы обнаружения и сравнения. Патент КНР № CN 107525578, МПК G01H 5/00, Н04В 11/00, 29.12.2017.

Недостатком устройства является отсутствие возможности использовать различные среды распространения ультразвуковой волны, что лишает возможности калибровки приборных комплексов типа PDV с помощью подобного прибора.

Известно устройство, позволяющее определять зависимость скорости звука от координаты, например по глубине океана, пригодное в области гидроакустики для определения зависимости скорости звука от глубины, содержащее закрепленные на штанге-буксире на одинаковых расстояниях волоконно-оптические катушки, источник когерентного света, фотоприемник, оптически согласованные в интерферометр, фазосдвигающее устройство, гидроакустический излучатель, блок обработки и регистрации. Патент РФ №2105955, МКП G01H 5/00, 27.02.1998.

Волоконные катушки в интерферометре расположены в его опорном и предметном плечах (волокнах) и представляют собой чувствительные элементы, выполненные в виде отдельных частей предметного и опорного волокон. Все волоконные катушки расположены в исследуемой среде, поэтому их деление на предметные и опорные является условным. В предметном или опорном оптических волокнах установлено фазосдвигающее устройство. Напротив чувствительных элементов установлен импульсный гидроакустический излучатель.

Недостатком устройства является возможность работы прибора только в жидких средах, что ограничивает набор оптически прозрачных сред, что лишает возможности калибровки интерферометрических приборных комплексов в диапазоне скоростей, соответствующих величине частотного сдвига рассеянного или отраженного излучения более чем на 1 ГГц.

Известна гибридная интерферометрическая система, состоящая из системы зондирования и сбора излучения, интерферометров PDV и VISAR. Гибридная интерферометрическая система содержит источник света, одномодовый сплавной двунаправленный оптоволоконный делитель (сплиттер) оптического излучения, имеющий 3 входа и 3 выхода, делитель, делящий лазерное излучение в соотношении 5 и 95%, циркулятор, зонд, полупроводниковый усилитель оптического излучения, делитель оптического излучения, имеющий 1 вход и 3 выхода, делитель, делящий лазерное излучения в соотношении 50 и 50% (объединитель), линию задержки оптического излучения и фотодетекторы. Статья «Гибридная интерферометрическая система для газодинамических исследований». - Сборник докладов отраслевой научно-технической конференции «Методы и средства физических измерений». Под ред. д.т.н. К.Н. Даниленко. - М.: ФГУП «ВНИИА», 2019. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности калибровать и поверять лазерно-интерферометрические приборные комплексы как средства измерения скорости.

Это происходит в силу того, что каждый взятый в отдельности эксперимент по газодинамическому нагружению объектов является уникальным и неповторимым. Кроме того, диапазон скоростей, регистрируемых с применением лазерно-интерферометрических приборных комплексов, не превышает единиц километров в секунду.

Техническим результатом изобретения является возможность калибровать и поверять лазерно-интерферометрические приборные комплексы как средства измерения скорости.

Это происходит за счет измерения спектрального сдвига отраженного назад сигнала, обусловленного эффектом вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне и расширения диапазона регистрируемых скоростей ультразвуковых волн не менее чем до 11 км/с.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения скорости ультразвуковых волн с помощью нелинейного оптического эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, содержащее: входной циркулятор, рассчитанный на максимальную входную мощность не менее 500 мВт и делитель, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, второй выход входного циркулятора соединен с разъемом для оптического соединения с лазерно-интерферометрическим приборным комплексом; устройство также содержит два начальных и два конечных идентичных высокоскоростных электрооптических переключателя, два идентичных делителя, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, четыре катушки оптического волокна с диаметром сердцевины не более 9 мкм и диаметром оболочки не менее 125 мкм, два начальных и два конечных идентичных циркулятора, а также сумматор, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, при этом третий выход входного циркулятора, рассчитанного на максимальную входную мощность не менее 500 мВт, оптически соединен с входом делителя, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, а каждый из двух выходов делителя, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, оптически соединены с первыми входами двух начальных циркуляторов, при этом вторые выходы каждого начального циркулятора оптически соединены с входами двух начальных высокоскоростных электрооптических переключателей, а выходы каждого начального высокоскоростного электрооптического переключателя оптически соединены с входами катушек оптического волокна, при этом третьи выходы каждого начального циркулятора оптически соединены с входами двух делителей, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, а один из двух выходов, а именно с коэффициентом пропускания 1%, каждого делителя, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, оптически соединены с двумя входами сумматора, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, когда два оставшихся выхода каждого делителя, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, оптически соединены с первыми входами двух конечных циркуляторов, при этом вторые выходы каждого конечного циркулятора оптически соединены с входами двух конечных высокоскоростных электрооптических переключателей, а выходы каждого конечного высокоскоростного электрооптического переключателя оптически соединены с выходами катушек оптического волокна, при этом третьи выходы каждого конечного циркулятора оптически соединены с двумя оставшимися входами сумматора, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, при этом выход сумматора, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, оптически соединен с первым входом входного циркулятора, рассчитанного на максимальную входную мощность не менее 500 мВт.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показана схема проведения измерений и расположения оборудования.

На фиг. 2 представлен график биений опорного лазерного излучения с обратно отраженным, используя катушки оптического волокна SMF-28 длиной 8400 м и диаметром сердцевины 9 мкм и волокно, компенсирующее дисперсию DCF длиной 11134 м и диаметром сердцевины 9 мкм.

На фиг. 3 представлен график скоростей, соответствующий графику биений, представленному на фиг. 2. Измерение скорости ультразвуковых волн заключается в измерении частотного смещения обратно отраженного лазерного излучения с последующим умножением на линейный коэффициент для получения значений, соответствующих скорости ультразвуковых волн.

В таблице 1 приведены экспериментальные результаты по измерению различных частотных сдвигов обратно отраженного лазерного излучения, показателей преломления катушек 7 используемого оптического волокна, скоростей ультразвуковых волн, формируемых в катушках 7 оптического волокна, посредством нелинейного оптического эффекта ВРМБ, длины используемых катушек 7 оптического волокна и порог возникновения эффекта ВРМБ в используемых катушках 7 оптического волокна.

В таблице 2 приведены значения для скорости ультразвуковых волн, погрешности и их среднеквадратичные отклонения, при использовании катушки 7 оптического волокна SMF-28 длиной 8400 м и диаметром сердцевины 9 мкм и катушки 7 оптического волокна, компенсирующего дисперсию DCF длиной 11134 м и диаметром сердцевины 9 мкм.

Принятые обозначения (фиг. 1): 1 - лазерно-интерферометрический приборный комплекс, 2 - входной циркулятор, рассчитанный на максимальную входную мощность не менее 500 мВт, 3 - делитель, делящий лазерного излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, 4 - пара начальных циркуляторов, 5 - пара делителей, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, 6 - пара начальных высокоскоростных электрооптических переключателей, 7 - катушки оптического волокна с диаметром сердцевины не более 9 мкм и диаметром оболочки не менее 125 мкм, 8 - пара конечных циркуляторов, 9 - пара конечных высокоскоростных электрооптических переключателей, 10 - сумматор, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, 11 - блок коммутации.

Устройство для измерения скорости ультразвуковых волн, с помощью нелинейного оптического эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна содержит (фиг. 1) входной циркулятор 2, рассчитанный на максимальную входную мощность не менее 500 мВт и делитель 3, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, при этом второй выход входного циркулятора 2 соединен с разъемом для оптического соединения с лазерно-интерферометрическим приборным комплексом 1; устройство также содержит два начальных и два конечных идентичных высокоскоростных электрооптических переключателя 6 и 9, два идентичных делителя 5, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, четыре катушки 7 оптического волокна с диаметром сердцевины не более 9 мкм и диаметром оболочки не менее 125 мкм, два начальных и два конечных идентичных циркулятора 4 и 8, а также сумматор 10, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, при этом третий выход входного циркулятора 2, рассчитанного на максимальную входную мощность не менее 500 мВт, оптически соединен с входом делителя 3, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, а каждый из двух выходов делителя 3, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, оптически соединены с первыми входами двух начальных циркуляторов 4, при этом вторые выходы каждого начального циркулятора 4 оптически соединены с входами двух начальных высокоскоростных электрооптических переключателей 6, а выходы каждого начального высокоскоростного электрооптического переключателя 6 оптически соединены с входами катушек 7 оптического волокна, при этом третьи выходы каждого начального циркулятора 4 оптически соединены с входами двух делителей 5, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, а один из двух выходов, а именно с коэффициентом пропускания 1%, каждого делителя 5, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, оптически соединены с двумя входами сумматора 10, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, когда два оставшихся выхода каждого делителя 5, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, оптически соединены с первыми входами двух конечных циркуляторов 8, при этом вторые выходы каждого конечного циркулятора 8 оптически соединены с входами двух конечных высокоскоростных электрооптических переключателей 9, а выходы каждого конечного высокоскоростного электрооптического переключателя 9 оптически соединены с выходами катушек 7 оптического волокна, при этом третьи выходы каждого конечного циркулятора 8 оптически соединены с двумя оставшимися входами сумматора 10, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, при этом выход сумматора 10, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, оптически соединен с первым входом входного циркулятора 2, рассчитанного на максимальную входную мощность не менее 500 мВт.

Циркуляторы 2, 4 и 8, а также делители 3 и 5 и сумматор 10, как и катушки 7 оптического волокна могут быть уложены в кассеты, предназначенные для размещения в них пассивных оптоволоконных компонент, которые могут быть размещены в блоке 11 коммутации и закреплены с ним свинчиванием так же, как закреплены свинчиванием с блоком 11 коммутации, высокоскоростные электрооптические переключатели 6 и 9, в целях минимизации воздействия изменения температуры окружающей среды и вибрации на компоненты устройства, но в общем случае технический результат достигается и без размещения компонент устройства в дополнительном корпусе (блоке 11 коммутации).

Начальные циркуляторы 4 и конечные циркуляторы 8 являются идентичными между собой циркуляторами.

Начальные высокоскоростные электрооптические переключатели 6 и конечные высокоскоростные электрооптические переключатели 9 являются идентичными между собой высокоскоростными электрооптическими переключателями.

Делители 5, делящие лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99 являются идентичными между собой делителями.

Катушки 7 оптического волокна в общем случае могут быть разными и имеют диаметр сердцевины не более 9 мкм и диаметр оболочки не менее 125 мкм, так как в большинстве случаев производители изготавливают оптическое волокно именно с такими характеристиками.

Коэффициент деления делителей 3 и 5, а также сумматора 10 рассчитаны для длины волны, равной 1550 нм, так как подключаемые лазерно-интреферометрические приборные комплексы 1 в своем составе имеют источники лазерного излучения, работающие на длине волны 1550 нм.

Подключаемые лазерно-интреферометрические приборные комплексы 1 в своем составе имеют источники лазерного излучения, рассчитанные на максимальную мощность лазерного излучения порядка единиц ватт, поэтому для сохранения возможности работы устройства с подключаемыми лазерно-интерферометрическими приборными комплексами 1 на высоких мощностях, входной циркулятор 2 должен быть рассчитан на максимальную входную мощность не менее 500 мВт.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1): волоконный выход лазерно-интерферометрического приборного комплекса 1, содержащего в своем составе источник лазерного излучения, систему перераспределения и сбора лазерного излучения, фотодетекторы и осциллограф, подключается ко второму входу входного циркулятора 2, который направляет излучение на делитель 3, где оно делилось на равные по мощности плечи и направляется на начальные циркуляторы 4, вторые выходы которых направляют лазерное излучение, подаваемое лазерно-интерферометрическим приборным комплексом 1, на входы начальных высокочастотных электрооптических переключателей 6, с каждым выходом которых соединены по одному из типов катушек 7 оптического волокна, которые можно сменить путем подачи управляющего напряжения на высокоскоростные электрооптические переключатели 6. Под воздействием лазерного излучения, в катушках 7 оптического волокна возникает эффект ВРМБ, посредствам которого подаваемое лазерное излучение отражается в обратное направление с доплеровским сдвигом частоты излучения, поскольку объект, от которого оно отражается, в данном случае это индуцированная решетка показателя преломления, движется со скоростью ультразвуковой волны, распространяющаяся в катушках 7 оптического волокна. Далее, однократно отраженное в обратном направлении излучение направляется на начальные циркуляторы 4, которые его направляют на делители 5, одни выходы которых направляют однократно отраженное лазерное излучение на осциллограф из состава подключаемого лазерно-интерферометрического приборного комплекса 1 через сумматор 10 и входной циркулятор 2, а вторые выходы делителей 5 направляют однократно отраженное лазерное излучение обратно в катушки 7 оптического волокна через конечные циркуляторы 8 и конечные высокоскоростные электрооптические переключатели 9, где повторно возникает эффект ВРМБ, посредством которого лазерное излучение отражается и повторно испытывает доплеровское смещение частоты. Двукратное обратно отраженное излучение направляется в сумматор 10 через конечные циркуляторы 8, который, в свою очередь, направляет излучение на осциллограф из состава подключаемого лазерно-интерферометрического приборного комплекса 1 через входной циркулятор 2. Между различным пришедшим лазерным излучением на осциллограф, а именно: насквозь прошедшим, не испытавшем отражение, однократным отраженным и двукратно отраженным лазерным излучением возникают биения и на экране осциллографа наблюдаются система различных частотных пиков.

На фиг. 2 представлена исходная спектрограмма биений неотраженного лазерного излучения с ВРМБ волнами обоих порядков от SMF-28 длиной 8,4 км и DCF-волокна длиной 11134 м.

Процесс ВРМБ можно описать как параметрическое взаимодействие между волнами накачки, стоксовой и акустической. Благодаря электрострикции накачка генерирует акустическую волну, приводящую к периодической модуляции показателя преломления. Индуцированная решетка показателя преломления рассеивает излучение накачки в результате брэгговской дифракции. Поскольку решетка движется со звуковой скоростью ν_A, частота рассеянного излучения испытывает доплеровский сдвиг в область больших длин волн. Скорость звука в среде выражается формулой:

где υ_в - смещение частоты при ВРМБ;

λ_р - длина волны накачки;

n_p - эффективный показатель преломления на длине волны накачки λ_р.

Так как во время проведения измерений длину волны накачки и эффективный показатель преломления можно считать константами, то погрешность измерения скорости звука выражается формулой:

где Δυ_в - ошибка смещения частоты при ВРМБ;

λ_р - длина волны накачки;

n_p - эффективный показатель преломления на длине волны накачки λ_р.

Рассмотрен случай, когда в двух волокнах с различным значением показателя преломления и различной скоростью звука распространяются две акустических волны. С помощью лазерного гетеродин-интерферометра регистрируется частота биений между сигналами, отраженными от этих двух волн. Установлена связь между частотой биений и разностью скоростей двух волн. При регистрации скорости для каждой из волн по отдельности при интерференции отраженного сигнала с независимым опорным скорости выражаются формулами:

где

ƒ_1,2 - частоты исходных пиков (ГГц);

n_1,2 - эффективные показатели преломления на длине волны накачки λ_р.

Тогда разность скоростей можно выразить как:

Пусть ƒ₂=ƒ₁+Δƒ тогда:

где Δƒ - частота пиков, получившихся в результате биений двух исходных акустических волн. Пусть n₂=n₁+Δn, тогда:

где

То есть Δυ - линейная функция от Δƒ вида Δƒ=Δ+BΔƒ. Если разность частот равна нулю, то разность скоростей будет выражаться постоянной составляющей:

Если разность показателей преломления равна нулю, то постоянная составляющая обратится в ноль, и получим стандартную формулу для эффекта Доплера.

Используя формулу (5), получаем значение скорости ультразвука для волн, получившихся в результате биений двух первоначальных акустических волн, которые распространялись в средах с различными показателями преломления. В силу постоянства температуры и стабильности лазера принято, что λ_р - длина волны лазера накачки и n_i - показатель преломления соответствующей среды константами, тогда погрешность определения скорости ультразвука, определяющейся формулой (5), выражается следующей формулой:

где Δƒ₁ - погрешность определения частоты одного из исходных пиков,

Δ(Δƒ) - погрешность определения частоты пика, получившегося в результате биений двух исходных акустических волн.

Используя формулы (3), (4) и (6) получены значения для скорости ультразвуковых волн, погрешности и их среднеквадратичные отклонения, которые представлены в таблице 2, используя катушки оптического волокна SMF-28 длиной 8400 м и диаметром сердцевины 9 мкм и волокно, компенсирующее дисперсию DCF длиной 11134 м и диаметром сердцевины 9 мкм.

Как видно из таблицы 2, происходит расширение диапазона регистрируемых скоростей ультразвуковых волн не менее чем до 11 км/с.

На фиг. 3 приведены скорости и их погрешности, которым соответствуют пики биений частот, показанные на фиг. 2.

Компоненты устройства входной циркулятор 2, делитель 3, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, пара начальных циркуляторов 4, пара делителей 5, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, четыре высокоскоростных электрооптических переключателей 6, пара конечных циркуляторов 8, сумматор 10, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25 могут быть размещены в блоке 11 коммутации и закреплены с ним свинчиванием в целях минимизации воздействия изменения температуры окружающей среды и вибрации на компоненты устройства, но в общем случае технический результат достигается и без размещения компонент устройства в дополнительном корпусе (блоке 11 коммутации).

В устройстве в качестве используемых катушек 7 оптического волокна могут использоваться различные оптические волокна с диаметром сердцевины не более 9 мкм и диаметром оболочки не менее 125 мкм, намотанные в катушку.

В таблице 1 представлены экспериментальные результаты по измерению частотного сдвига, показателя преломления, скорости ультразвуковой волны, длины и порога возникновения эффекта ВРМБ в различных используемых катушках 7 оптического волокна.

Для проверки работоспособности предлагаемого технического решения была собрана схема, где в качестве подключаемого лазерно-интерферометрического приборного комплекса 1, например, можно использовать приборный комплекс ТКПФ268-2, включающий в свой состав лазер NL ESF-1550, работающий на длине волны 1550 нм и мощностью 2 Вт фирмы NordLase и осциллограф с шириной полосы пропускания не менее 20 ГГц, в качестве входного циркулятора 2, например, можно использовать циркулятор OLCIR-I-3-CL-500-90-FA, в качестве делителя 3, например, можно использовать делитель 10202А-50-АРС фирмы Thorlabs, делящий лазерного излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, в качестве начального циркулятора 4, например, можно использовать циркулятор OLCIR-I-3-CL-500-90-FA фирмы OPTO-LINK, в качестве делителя 5, например, можно использовать делитель 10202А-99-АРС фирмы Thorlabs, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, в качестве начальных высокоскоростных электрооптических переключателей 6, например, можно использовать переключатель NSSW-125221333 фирмы Agiltron, в качестве катушки 7 оптического волокна можно использовать, например, компенсатор дисперсии FT-DCM-120 фирмы Fiber Trade, в качестве конечного циркулятора 8, например, можно использовать циркулятор OLCIR-I-3-CL-500-90-FA фирмы OPTO-LINK, в качестве конечных высокоскоростных электрооптических переключателей 9, например, можно использовать переключатель NSSW-125221333 фирмы Agiltron, в качестве сумматора 10, например, можно использовать сумматор TDQ1315HA фирмы Thorlabs, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, в качестве блока 11 коммутации, например, можно использовать корпус типа «ALAS 33.07» фирмы ООО «ПК АЛАСЭЛ».

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно: возможность калибровать и поверять лазерно-интерферометрические приборные комплексы как средства измерения скорости за счет измерения спектрального сдвига отраженного назад сигнала, обусловленного эффектом вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне и расширения диапазона регистрируемых скоростей ультразвуковых волн не менее чем до 11 км/с.

Claims (1)

1. Устройство для измерения скорости ультразвуковых волн с помощью нелинейного оптического эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, содержащее: входной циркулятор, рассчитанный на максимальную входную мощность не менее 500 мВт, и делитель, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, отличающееся тем, что второй выход входного циркулятора соединен с разъемом для оптического соединения с лазерно-интерферометрическим приборным комплексом; устройство также содержит два начальных и два конечных идентичных высокоскоростных электрооптических переключателя, два идентичных делителя, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, четыре катушки оптического волокна с диаметром сердцевины не более 9 мкм и диаметром оболочки не менее 125 мкм, два начальных и два конечных идентичных циркулятора, а также сумматор, делящий лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, при этом третий выход входного циркулятора, рассчитанного на максимальную входную мощность не менее 500 мВт, оптически соединен с входом делителя, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, а каждый из двух выходов делителя, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 50/50, оптически соединены с первыми входами двух начальных циркуляторов, при этом вторые выходы каждого начального циркулятора оптически соединены с входами двух начальных высокоскоростных электрооптических переключателей, а выходы каждого начального высокоскоростного электрооптического переключателя оптически соединены с входами катушек оптического волокна, при этом третьи выходы каждого начального циркулятора оптически соединены с входами двух делителей, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, а один из двух выходов, а именно с коэффициентом пропускания 1%, каждого делителя, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, оптически соединены с двумя входами сумматора, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, когда два оставшихся выхода каждого делителя, делящих лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 1/99, оптически соединены с первыми входами двух конечных циркуляторов, при этом вторые выходы каждого конечного циркулятора оптически соединены с входами двух конечных высокоскоростных электрооптических переключателей, а выходы каждого конечного высокоскоростного электрооптического переключателя оптически соединены с выходами катушек оптического волокна, при этом третьи выходы каждого конечного циркулятора оптически соединены с двумя оставшимися входами сумматора, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, при этом выход сумматора, делящего лазерное излучение с коэффициентом деления на длине волны 1550 нм, равным 25/25/25/25, оптически соединен с первым входом входного циркулятора, рассчитанного на максимальную входную мощность не менее 500 мВт.

Images