WO2014171859A1 - Method and device for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining fibres (variants) - Google Patents

Method and device for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining fibres (variants) Download PDF

Info

Publication number
WO2014171859A1
WO2014171859A1 PCT/RU2014/000250 RU2014000250W WO2014171859A1 WO 2014171859 A1 WO2014171859 A1 WO 2014171859A1 RU 2014000250 W RU2014000250 W RU 2014000250W WO 2014171859 A1 WO2014171859 A1 WO 2014171859A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
polarization
frequency
fiber
signal
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000250
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Михаил Владимирович ГРЕКОВ
Антон Сергеевич КУЗИН
Александр Николаевич НАУМОВ
Евгений Викторович ФИГУРА
Андрей Александрович ФОТИАДИ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы"
Publication of WO2014171859A1 publication Critical patent/WO2014171859A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/39Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides in which light is projected from both sides of the fiber or waveguide end-face
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3181Reflectometers dealing with polarisation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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
    • G01D5/34Mechanical 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
    • G01D5/353Mechanical 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
    • G01D5/3537Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
    • G01D5/3538Optical 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/23Bi-refringence

Abstract

The invention relates to fibre optics, and more particularly to distributed fibre-optic sensors in which the parameters of an optical fibre being subjected to the action of external physical fields are measured. In the claimed methods for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining optical fibres, it is proposed to use a fourth signal as a supplement to the known methods which use three signals. The detection and statistical processing of recorded signals are carried out by means for processing and storing signals with a neutral mean. In a first variant of the method, a fourth signal in the form of a linearly polarized signal can be introduced into an optical fibre counter to a sounding signal and in the polarization of the sounding signal, resulting in an increase in the signal-to-noise ratio. In a second variant of the method, a fourth signal on the frequency is not introduced into a fibre, but rather is mixed with a scattered signal when the latter is detected. The invention furthermore relates to devices for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining optical fibres, by means of which the claimed methods are realized. The technical result is an improvement across a variety of parameters such as three-dimensional resolution, measurement accuracy and/or the range (length) of the section being tested.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ  METHOD AND DEVICE OF DISTRIBUTED MEASUREMENT
ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ В ВОЛОКНАХ С СОХРАНЕНИЕМ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к волоконной оптике, в частности, к распределенным волоконно-оптическим датчикам, в которых измеряются параметры оптического волокна, находящегося под воздействием внешних физических полей.  TWO-REFRACTION IN POLARIZED CONSERVATION FIBERS (OPTIONS) The invention relates to fiber optics, in particular to distributed fiber optic sensors, in which the parameters of an optical fiber under the influence of external physical fields are measured.
Способы измерения физических полей на основе динамики вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) в волокнах с сохранением поляризации (РМ волокна) хорошо известны и используются в волоконно-оптических датчиках типа BOTDA. Особенность РМ волокон заключается в том, что сигнал, введенный в волокно вдоль одной из поляризационных мод, сохраняет свою поляризацию при распространении по волокну. Поэтому при ВРМБ взаимодействии подобных сигналов внутри волокна отсутствует взаимная деполяризация сигналов, вносящая локальную неопределенность в эффективность ВРМБ взаимодействия.  Methods for measuring physical fields based on the dynamics of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering (SBS) in polarized conservation fibers (PM fibers) are well known and are used in BOTDA-type fiber optic sensors. A feature of PM fibers is that the signal introduced into the fiber along one of the polarization modes retains its polarization during propagation through the fiber. Therefore, during SBS interaction of such signals inside the fiber, there is no mutual depolarization of signals, introducing local uncertainty into the effectiveness of SBS interaction.
В коммерческих датчиках на основе ВРМБ (так называемые бриллюэновские анализаторы, или BOTDA) реализованы способы распределенного мониторинга физических полей, например температуры и продольного натяжения, основанные на измерении параметров ВРМБ резонанса [1-4]. Их общая суть заключается в том, что в оптическое волокно, используемое в качестве чувствительного элемента, с противоположных концов подаются два оптических сигнала на частоте накачки и частоте Стокса <у , сдвинутых друг относительно друга примерно на величину ВРМБ-сдвиг'а Ω0 . Один из сигналов непрерывный, другой - импульсный. По меньшей мере один из сигналов сканируется по частоте, обеспечивая тем самым сканирование разности частот ω - <» в окрестности средней частоты ВРМБ-сдвигаIn commercial sensors based on SBS (the so-called Brillouin analyzers, or BOTDA), methods for distributed monitoring of physical fields, such as temperature and longitudinal tension, based on measuring SBS resonance parameters, are implemented [1-4]. Their common essence lies in the fact that two optical signals at the pump frequency and Stokes frequency <y, shifted relative to each other by approximately the SBS shift ' a 0 , are applied to the optical fiber used as a sensitive element. One of the signals is continuous, the other is pulsed. At least one of the signals is scanned in frequency, thereby providing a scan of the frequency difference ω - <"in the vicinity of the average frequency of the SBS shift
0) . Проходящий через волокно импульсный сигнал взаимодействует в процессе0 ). The pulse signal passing through the fiber interacts in the process
ВРМБ с непрерывным сигналом, вызывая локальные изменения его интенсивности. Далее, датчиком регистрируют изменение интенсивности непрерывного сигнала, прошедшего через волокно, как функцию времени и разности частот ω - со . В результате статистической и математической обработки полученных данных определяют пространственно-частотные характеристики ВРМБ резонанса, а именно, пространственное распределение коэффициента ВРМБ усиления (или ширину линии ВРМБ усиления), величину Бриллюэновского сдвига Ω0 [1, 2], положение пиковSBS with a continuous signal, causing local changes in its intensity. Further, a change in the intensity of a continuous signal transmitted through the fiber is recorded by the sensor as a function of time and the frequency difference ω - ω. As a result of statistical and mathematical processing of the obtained data, the spatial-frequency characteristics of the SBS resonance are determined, namely, spatial distribution of the SBS gain coefficient (or the SBS gain line width), the Brillouin shift value Ω 0 [1, 2], the position of the peaks
ВРМБ резонансов в волокнах с несколькими резонансами [3]. SBS resonances in fibers with several resonances [3].
Из патента РФ JY2 2179374 (опубликован 10.02.2002; МПК Н04В10/08, G01M11/02, G01R31/11) известны варианты устройства для измерения характеристик волокна оптического кабеля. В первом варианте исполнения устройство содержит малокогерентный лазер, испускающий свет непрерывной волны с частотой накачки coL , делитель мощности, измерительный направленный ответвитель, вывод основного канала которого присоединен к ближнему концу исследуемого волокна оптического кабеля, соединенного противоположным концом с оптическим отражателем, вывод ответвительного плеча измерительного направленного ответвителя соединен со входом фотоприемного устройства, подключенного выходом ко входу процессора, обрабатывающего результаты измерений, отличающееся тем, что выход малокогерентного лазера соединен с выводом проходного плеча первого направленного ответвителя, вывод основного канала которого соединен с одним выводом элемента активной среды с эффектом вынужденного комбинационного рассеяния, частота смещения Стокса в которой равна частоте смещения Стокса в исследуемом волокне, второй вывод указанного элемента соединен с выводом основного канала второго направленного ответвителя, вывод проходного плеча которого подключен к первому входу делителя мощности, соединенного вторым выводом с первым входом оптического сумматора, а входом - через оптический усилитель с выводом ответвительного плеча первого направленного ответвителя, второй вход оптического сумматора соединен с выходом управляемого оптического затвора, вход которого соединен с выходом ответвительного плеча второго направленного ответвителя, выход оптического сумматора подключен к выводу проходного плеча измерительного ответвителя. Во втором варианте исполнения устройство содержит малокогерентный лазер, испускающий свет непрерывной волны с частотой накачки coL , соединенный выходом со входом делителя мощности, измерительный направленный ответвитель, вывод основного канала которого присоединен к ближнему концу исследуемого волокна оптического кабеля, вывод ответвительного плеча измерительного направленного ответвителя соединен со входом фотоприемного устройства, подключенного выходом ко входу процессора, обрабатывающего результаты измерений, отличающееся тем, что первый вывод делителя мощности соединен с входом управляемого оптического затвора, выход которого подключен к выводу проходного плеча измерительного направленного ответвителя, противоположный конец исследуемого волокна соединен с первым выводом второго делителя мощности, соединенного вторым выводом с выводом проходного плеча первого направленного ответвителя, вывод основного канала которого соединен с противоположным концом первого дополнительного волокна оптического кабеля, подключенного ближним концом к выводу основного канала второго направленного ответвителя мощности, вывод проходного плеча которого соединен со вторым выводом делителя мощности, а вывод ответвительного плеча - с ближним концом второго дополнительного волокна оптического кабеля, противоположный конец которого через оптический усилитель соединен со входом второго делителя мощности, а вывод ответвительного плеча первого направленного ответвителя соединен с поглотителем. Техническим результатом является повышение точности и расширение функциональных возможностей путем использования рассеяния как Бриллюэновского, так и Рамановского. From the patent of the Russian Federation JY 2 2179374 (published 02.10.2002; IPC Н04В10 / 08, G01M11 / 02, G01R31 / 11), variants of a device for measuring the characteristics of optical fiber fibers are known. In the first embodiment, the device comprises a low-coherent laser emitting continuous wave light with a pump frequency co L , a power divider, a measuring directional coupler, the output of the main channel of which is connected to the near end of the fiber of the optical cable, connected at the opposite end to the optical reflector, the output of the measuring branch arm directional coupler connected to the input of the photodetector connected by the output to the input of the processor processing the result measurements, characterized in that the output of the low coherent laser is connected to the output of the passage arm of the first directional coupler, the output of the main channel of which is connected to one output of the active medium element with the effect of stimulated Raman scattering, the Stokes displacement frequency in which is equal to the Stokes displacement frequency in the studied fiber, the second the output of this element is connected to the output of the main channel of the second directional coupler, the output of the passage of which is connected to the first input of the power divider a tee connected by the second output to the first input of the optical adder, and the input through an optical amplifier with the output of the branch arm of the first directional coupler, the second input of the optical adder is connected to the output of the controlled optical shutter, the input of which is connected to the output of the branch arm of the second directional coupler, the output of the optical adder connected to the output of the passage arm of the measuring coupler. In the second embodiment, the device comprises a low-coherent laser emitting a continuous wave light with a pump frequency co L , connected by an output to the input of a power divider, a measuring directional coupler, the output of the main channel of which is connected to the near end of the fiber of the optical cable, the branch of the measuring arm of the measuring directional coupler is connected with the input of the photodetector connected to the input of the processor that processes the measurement results, characterized in that the first output of the power divider is connected to the input of a controlled optical shutter, the output of which is connected to the output of the passage arm of the measuring directional coupler, the opposite end of the fiber under investigation is connected to the first output of the second divider power connected by the second terminal to the terminal of the passage of the first directional coupler, the main channel of which is connected inen with the opposite end of the first additional fiber of the optical cable connected by the proximal end to the output of the main channel of the second directional power coupler, the output of the passage arm of which is connected to the second output of the power divider, and the output of the branch arm with the proximal end of the second additional fiber of the optical cable, the opposite end of which through an optical amplifier connected to the input of the second power divider, and the output of the branch arm of the first directional coupler ene with an absorber. The technical result is to increase the accuracy and expand the functionality by using the scattering of both Brillouin and Raman.
Однако описанное в указанном патенте распределенное измерение двулучепреломления в волокнах с сохранением поляризации не может быть реализовано способами с применением BOTDA, основанными на ВРМБ взаимодействии оптических сигналов на двух частотах.  However, the distributed measurement of birefringence in fibers with conservation of polarization described in the aforementioned patent cannot be realized by methods using BOTDA based on SBS interaction of optical signals at two frequencies.
Эта задача решена в известном ВРМБ способе, раскрытом в работах [5] и [6]. Данный способ распределенного измерения двулучепреломления в волокнах с сохранением поляризации с помощью бриллюэновской динамической решетки основан на отражении зондирующего сигнала от динамической звуковой решетки, образованной при ВРМБ взаимодействии двух встречных световых волн в РМ волокнах.  This problem is solved in the well-known SBS method, disclosed in [5] and [6]. This method of distributed measurement of birefringence in fibers while maintaining polarization using a Brillouin dynamic grating is based on the reflection of the probing signal from a dynamic sound grating formed during SBS interaction of two counterpropagating light waves in RM fibers.
Суть известного способа заключается в том, что в отрезок оптического РМ волокна вводятся не два, а три оптических линейно-поляризованных сигнала. Два непрерывных или квазинепрерывных сигнала на частоте накачки ω£0 и частоте The essence of the known method lies in the fact that not two, but three optical linearly polarized signals are introduced into a segment of an optical PM fiber. Two continuous or quasi-continuous signals at a pump frequency ω £ 0 and a frequency
Стокса со 0 , сдвинутых относительно друг друга на величину ВРМБ сдвига Ω0 , вводятся в волокно с противоположных концов в поляризации одной из главных осей волокна. Их взаимодействие в волокне приводит к образованию динамической решетки звуковой волны, распространяющейся вдоль всей области взаимодействия сигналов. В поляризации другой главной оси со стороны накачки в волокно подается короткий (наносекундный) зондирующий, или пробный, импульс (или сигнал) на частоте ω , сдвинутой относительно основной частоты накачки. Отражение этого импульса от звуковой решетки в процессе его распространения по волокну приводит к образованию встречного излучения в виде длинного импульса на частоте ω « ω - Ω0 , во временном распределении мощности которого заключена информация об эффективности отражения зондирующего сигнала от динамической решетки на различных участках вдоль волокна. Stokes from 0 , shifted relative to each other by the SBS value of the shift Ω 0 , are introduced into the fiber from opposite ends in the polarization of one of the main axes fiber. Their interaction in the fiber leads to the formation of a dynamic lattice of a sound wave propagating along the entire region of signal interaction. In the polarization of the other main axis, on the pump side, a short (nanosecond) probe, or probe, pulse (or signal) is applied to the fiber at a frequency ω shifted relative to the main pump frequency. The reflection of this pulse from the sound lattice during its propagation through the fiber leads to the formation of counterpropagating radiation in the form of a long pulse at a frequency ω «ω - Ω 0 , the temporal power distribution of which contains information on the reflection efficiency of the probe signal from the dynamic lattice in various sections along the fiber .
Эффективность отражения в каждой точке волокна зависит от положения оптической частоты зондирующего сигнала ω относительно его резонансной частоты ώΌ при четырехволновом ВРМБ взаимодействии, определяемой соотношением: ' Reflection efficiency at each point of the fiber depends on the position of the optical probe signal frequency ω about its resonant frequency ώ Ό by four SBS interaction defined by the relation: '
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001
где coL0 и ωιο - оптическая частота основной накачки и резонансная оптическая частота зондирующего сигнала, пх и ηγ - показатели преломления принципиальных поляризационных мод волокна, с и ν - скорости света в вакууме и звука в волокне. where co L0 and ω ιο are the optical frequency of the main pump and the resonant optical frequency of the probing signal, n x and η γ are the refractive indices of the fundamental polarization modes of the fiber, and c and ν are the speeds of light in vacuum and sound in the fiber.
Таким образом, регистрируя положение резонансной частоты ω 0 зондирующего сигнала в данной точке волокна относительно ω£0 , по разнице частот ωι.ο ~ ωΙο = Но определяется пространственное распределение двулучепреломления в волокне:
Figure imgf000006_0002
Thus, registering the position of the resonant frequency ω 0 of the probe signal at a given point of the fiber relative to ω £ 0 , the frequency difference ω ι.ο ~ ω Ιο = But the spatial distribution of birefringence in the fiber is determined:
Figure imgf000006_0002
в частности, когда волокно используется как чувствительный элемент. Этот метод применялся для измерения распределения температуры и давления вдоль волокна с хорошим пространственным разрешением порядка десяти сантиметров [7, 8]. Заметам, что достижение хорошего пространственного разрешения возможно и в том случае, когда короткий зондирующий импульс в поляризации Y вводится в волокно со стороны стоксовой волны на частоте ω8 γ , сдвинутой относительно стоксовой частоты ω 0 , а отражение этого импульса от звуковой решетки в процессе его распространения по волокну приводит к образованию встречного излучения в виде длинного импульса на частоте ω « ωζ + Ω0 , во временном распределении мощности которого заключена информация об эффективности отражения зондирующего сигнала от динамической решетки на различных участках вдоль волокна. in particular when fiber is used as a sensing element. This method was used to measure the distribution of temperature and pressure along the fiber with a good spatial resolution of the order of ten centimeters [7, 8]. It should be noted that achieving good spatial resolution is also possible when a short probe pulse in polarization Y is introduced into the fiber from the Stokes wave at a frequency ω 8 γ shifted relative to the Stokes frequency ω 0 , and the reflection of this pulse from the sound lattice during it propagation through the fiber leads to the formation of counterpropagating radiation in the form of a long pulse at a frequency ω «ωζ + Ω 0 , in the temporal power distribution of which information is provided on the reflection efficiency of the probe la from the dynamic lattice in various sections along the fiber.
Вышеуказанный способ распределенного измерения двулучепреломления в волокнах с сохранением поляризации с помощью бриллюэновской динамической решетки согласно [5], а также соответствующее ему устройство тех же авторов, раскрытое в заявке на патент Китая Ν° 102589857 (опубликована 18.07.2012; МПК G01M1 1/02), выбраны в качестве ближайших аналогов заявляемых способов и устройств распределенного измерения двулучепреломления в волокнах с сохранением поляризации.  The above method of distributed measurement of birefringence in fibers while maintaining polarization using a Brillouin dynamic lattice according to [5], as well as the corresponding device of the same authors disclosed in Chinese patent application Ν ° 102589857 (published July 18, 2012; IPC G01M1 1/02) are selected as the closest analogues of the claimed methods and devices for the distributed measurement of birefringence in fibers while maintaining polarization.
Недостатком известных способа и устройства является малая мощность детектируемого рассеянного сигнала, обусловленная низкой эффективностью рассеяния зондирующего импульса на динамической решетке. По этой причине для надежной регистрации отраженной волны (т.е. для обеспечения приемлемого соотношения сигнал/шум) амплитуда интенсивности зондирующего импульса должна быть выбрана достаточно большой, обычно превышающей сотни мВт. Это в значительной степени ограничивает применимость метода для длинных волокон, в которых пороги нелинейных эффектов составляют несколько десятков мВт.  A disadvantage of the known method and device is the low power of the detected scattered signal, due to the low efficiency of scattering of the probe pulse on the dynamic lattice. For this reason, for reliable registration of the reflected wave (i.e., to ensure an acceptable signal-to-noise ratio), the amplitude of the probe pulse intensity should be chosen large enough, usually exceeding hundreds of mW. This greatly limits the applicability of the method for long fibers, in which the thresholds of nonlinear effects amount to several tens of mW.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение величины мощности оптических сигналов, необходимых для регистрации пространственного распределения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации. Техническим результатом является улучшение совокупности таких параметров, как пространственное разрешение, точность измерений и/или дальность (длина) тестируемого участка. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации в дополнение к известному используется четвертый сигнал на частоте αζ и обеспечивается согласованное сканирование разности частот ω - со , а>[ - cos Y и - ω в окрестности значений соответственно Ω0 и H0 , где величина бриллюэновского сдвига, H( ω, - величина сдвига частоты накачки при четырехволновом ВРМБ резонансе, а детектирование и статистическая обработка регистрируемых сигналов реализуются средствами обработки и накопления сигналов с нулевым средним. The objective of the present invention is to reduce the magnitude of the power of the optical signals needed to register the spatial distribution of birefringence in optical fibers while maintaining polarization. The technical result is to improve the combination of such parameters as spatial resolution, measurement accuracy and / or range (length) of the test site. The indicated technical result is achieved by the fact that in the proposed method for distributed measurement of birefringence in optical fibers with preservation of polarization, in addition to the known one, a fourth signal at a frequency αζ is used and a coordinated scanning of the frequency difference ω - ω, and> [- co s Y and - ω neighborhoods of the values of Ω 0 and H 0 , respectively, where the Brillouin shift value, H ( ω, is the shift in the pump frequency at the four-wave SBS resonance, and the detection and statistical processing of the recorded signals are implemented by means of processing and accumulating signals with a zero mean.
Четвертый сигнал на частоте
Figure imgf000008_0001
в виде линейно-поляризованного сигнала может вводиться в оптическое волокно навстречу зондирующему импульсу и в поляризации зондирующего импульса, что приводит к увеличению соотношения сигнал/шум.
Fourth frequency signal
Figure imgf000008_0001
in the form of a linearly polarized signal, it can be introduced into the optical fiber towards the probe pulse and into the polarization of the probe pulse, which leads to an increase in the signal-to-noise ratio.
Указанный результат также может достигаться в случае, когда четвертый сигнал на частоте afs в волокно не вводится, а смешивается с рассеянным сигналом при его детектировании, что является еще одним вариантом реализации способа распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации. This result can also be achieved when the fourth signal at a frequency af s is not introduced into the fiber, but is mixed with the scattered signal when it is detected, which is another embodiment of the method of distributed measurement of birefringence in optical fibers with preservation of polarization.
Заявляемое устройство, предназначенное для реализации способа распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, состоит из оптического генератора, двух поляризационных комбайнеров, поляризационного делителя, РМ циркулятора, оптического волокна, по крайней мере одного фотодетектора, процессора. Еще один вариант заявляемого устройства состоит из оптического генератора, одного поляризационного комбайнера, оптического волоконного ответвителя, поляризационного делителя, РМ циркулятора, оптического волокна, по крайней мере одного фотодетектора, процессора.  The inventive device designed to implement the method of distributed measurement of birefringence in optical fibers while maintaining polarization, consists of an optical generator, two polarizing combiners, a polarizing divider, PM circulator, optical fiber, at least one photodetector, processor. Another variant of the claimed device consists of an optical generator, one polarizing combiner, an optical fiber coupler, a polarizing divider, a PM circulator, an optical fiber, at least one photodetector, and a processor.
Упомянутый оптический генератор вырабатывает узкополосное оптическое излучение одновременно на четырех различных частотах ω£ , ω[ , ω , o?s в окрестности частот соответственно ω 0 , ω[0 , ω 0 , ω5 γ 0 и оснащен средствами, обеспечивающими стабилизацию и независимую перестройку в необходимых пределах разности частот Η = ω£ -ω[ , Q.x = ω - ω и Ω =
Figure imgf000009_0001
, контроль формы импульса, интенсивности и/или фазы излучения на этих частотах, а упомянутый процессор обеспечивает статистическую обработку регистрируемых сигналов известными методами обработки и накопления сигналов с нулевым средним.
The mentioned optical generator generates narrow-band optical radiation simultaneously at four different frequencies ω £, ω [, ω, o? s in the vicinity of frequencies, respectively, ω 0 , ω [ 0 , ω 0 , ω 5 γ 0 and is equipped with providing stabilization and independent tuning within the necessary limits of the frequency difference Η = ω £ -ω [, Q. x = ω - ω and Ω =
Figure imgf000009_0001
control of the pulse shape, intensity and / or phase of the radiation at these frequencies, and said processor provides statistical processing of the recorded signals by known methods of processing and accumulating signals with a zero mean.
Далее изобретение более подробно раскрывается со ссылками на прилагающиеся фигуры.  Further, the invention is disclosed in more detail with reference to the accompanying figures.
На фиг.1 приведен типичный пример расположения резонансных частот взаимодействующих оптических сигналов для длины волны—1550 нм (сверху) и схема ввода сигналов в волокно с сохранением поляризации.  Figure 1 shows a typical example of the arrangement of the resonant frequencies of interacting optical signals for a wavelength of 1550 nm (above) and a signal input circuit into the fiber while maintaining polarization.
На фиг.2. приведена принципиальная схема заявляемого устройства: вверху - первый вариант, внизу - второй вариант.  In figure 2. a schematic diagram of the claimed device is given: at the top is the first option, at the bottom is the second option.
На фиг.З приведена принципиальная схема оптического генератора.  Fig. 3 shows a schematic diagram of an optical generator.
На фиг.4 приведены параметры оптических сигналов, используемые в расчетах для Примера 1.  Figure 4 shows the parameters of the optical signals used in the calculations for Example 1.
На фиг.5 приведена типичная форма сигнала, детектируемого на частоте ω 0 .Figure 5 shows a typical waveform detected at a frequency of ω 0 .
На фиг.6 приведен вид производной по времени от сигнала, представленного на фиг.5. In Fig.6 shows a view of the time derivative of the signal presented in Fig.5.
На фиг.7 приведен вид производной по времени от детектируемого сигнала, усредненной по 10 реализациям.  7 shows a view of the time derivative of the detected signal, averaged over 10 implementations.
На фиг.8 приведен зум сигналов (т.е. в более крупном масштабе), представленных на фиг.7.  Fig. 8 shows the zoom of the signals (i.e., on a larger scale) shown in Fig. 7.
На фиг.9 приведены параметры оптических сигналов, используемые в расчетах для Примера 2.  Figure 9 shows the parameters of the optical signals used in the calculations for Example 2.
На фиг.10 приведен вид производной по времени от детектируемого сигнала, усредненной по 10 реализациям (сверху) и подобный сигнал (снизу), но полученный при отсутствии сигнала на частоте ω 0 (трехчастотный метод). Figure 10 shows the time derivative of the detected signal, averaged over 10 realizations (above) and a similar signal (below), but obtained in the absence of a signal at a frequency of ω 0 (three-frequency method).
На фиг.11 приведен зум сигналов, представленных на фиг. 10 (сверху).  11 shows the zoom of the signals shown in FIG. 10 (top).
На фиг.12 приведен вид производной по времени от детектируемого сигнала согласно Примеру 3, усредненной по 25 реализациям. На фиг.13 приведен зум сигналов, представленных на фиг.12. 12 is a view of the time derivative of the detected signal according to Example 3 averaged over 25 implementations. In Fig.13 shows the zoom of the signals presented in Fig.12.
Заявляемые варианты способа основаны на особенностях динамики вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) в оптических волокнах с сохранением поляризации (РМ волокнах) и особой восприимчивости этого процесса к локальным вариациям двулучепреломления (в т.ч. под влиянием измеряемых внешних воздействий), определяемых путем детектирования и математической обработки сигналов, полученных с выхода волокна при амплитудной модуляции и частотном сканировании задающих оптических полей.  The inventive variants of the method are based on the characteristics of the dynamics of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering (SBS) in optical fibers with preservation of polarization (PM fibers) and the particular susceptibility of this process to local birefringence variations (including under the influence of measured external influences), determined by detection and mathematical processing of signals received from the output of the fiber during amplitude modulation and frequency scanning of the master optical fields.
В данном способе могут быть использованы обычные оптические волокна с сохранением поляризации (РМ волокна), а также применяться РМ волокна особой конструкции и (или) РМ волокна, заключенные в кабель особой конструкции, в обоих случаях обеспечивающие избирательную чувствительность наведенного двулучепреломления к измеряемому внешнему полю.  In this method, ordinary optical fibers with conservation of polarization (PM fiber) can be used, and PM fibers of a special design and / or PM fibers enclosed in a cable of a special design can be used, in both cases providing selective sensitivity of the induced birefringence to the measured external field.
Способ имеет преимущества в системах, предназначенных для распределенного измерения сразу двух или более видов внешних воздействий (в комбинации с другими методами), а также в случаях, когда необходимо обеспечить лучшие, по сравнению с известными методами, пространственное разрешение, точность измерения и (или) дальность тестируемого участка. Заявляемые варианты устройства реализуют предложенные варианты способа.  The method has advantages in systems designed for distributed measurement of two or more types of external influences at once (in combination with other methods), as well as in cases where it is necessary to provide better spatial resolution, measurement accuracy and (or) in comparison with known methods range of the test site. The inventive device options implement the proposed method options.
Технический результат достигается следующим образом.  The technical result is achieved as follows.
В одном варианте реализации способа согласно изобретению излучение на частотах накачки cof , ω и стоксовых сигналов ω , cos Y вводится в волокно с противоположных концов навстречу друг другу в поляризациях, соответствующих главным поляризационным осям волокна (X и Y). Вблизи условий резонанса, описываемых уравнением (1) (в присутствии всех сигналов на всех четырех частотах), пары волн накачки и Стоксовых волн, относящиеся к разным поляризациям, взаимодействуют друг с другом через единую гиперзвуковую волну, образованную в среде этими двумя парами. Необходимым условием такого резонанса является близость резонансного сдвига частоты ω зондирующего импульса относительно первой частоты накачки ω , описываемого уравнением (1), и аналогичный сдвиг частоты αζ второго стоксового сигнала относительно частоты ω первого стоксового сигнала (см. фиг.1). Производя детектирование и обработку сигналов, полученных с выхода волокна при согласованной амплитудной модуляции и частотном сканировании задающих оптических полей, измеряются пространственно- частотное распределение резонанса, в частности, распределение по волокну положения резонансного сдвига Н0 , ширины резонанса, его профиль. По положению резонанса репродуцируется распределение An . Другие характеристики резонанса также могут быть использованы как независимые параметры для измерения внешних воздействий. In one embodiment of the method according to the invention, radiation at the pump frequencies cof, ω and Stokes signals ω, co s Y is introduced into the fiber from opposite ends towards each other in polarizations corresponding to the main polarization axes of the fiber (X and Y). Near the resonance conditions described by equation (1) (in the presence of all signals at all four frequencies), pairs of pump waves and Stokes waves belonging to different polarizations interact with each other through a single hypersonic wave formed in the medium by these two pairs. A necessary condition for such a resonance is the proximity of the resonant frequency shift ω of the probe pulse relative to the first pump frequency ω described by equation (1), and a similar frequency shift αζ of the second Stokes signal relative to the frequency ω of the first Stokes signal (see figure 1). By detecting and processing the signals received from the fiber at a consistent amplitude modulation and frequency scanning of the master optical fields, the spatial-frequency distribution of the resonance is measured, in particular, the distribution of the position of the resonance shift H 0 , the width of the resonance, and its profile on the fiber. The resonance position reproduces the distribution of An. Other resonance characteristics can also be used as independent parameters for measuring external influences.
При обработке детектируемых сигналов следует иметь в виду, что эффективность взаимодействия пар волн в волокне зависит от соотношения их фаз в месте взаимодействия: When processing the detected signals, it should be borne in mind that the effectiveness of the interaction of pairs of waves in the fiber depends on the ratio of their phases at the place of interaction:
= Φϊ -Φ -Φΐ + Φΐ , (з) где <pj l - фаза волны на частоте j в месте взаимодействия; г -X, Y; j = L, S. = Φϊ -Φ-Φΐ + Φΐ, (h) where <p j l is the phase of the wave at frequency j at the point of interaction; g is X, Y; j = L, S.
При -π/2 < Φ < π/2 взаимодействие пар приводит к увеличению общего инкремента усиления в каждой из них, при л/ 2 < Ф < Злг/2 - к уменьшению. В общем случае инкремент ВРМБ взаимодействия пар оптических сигналов отличается от инкремента усиления вне резонанса, где процесс ВРМБ в каждой из пар протекает независимо. Однако зависимость эффективности взаимодействия от соотношения фаз Ф делает результаты измерений зависимыми от фазового шума. Поскольку полоса фазового шума даже в длинных волокнах составляет 10-100 кГц, такой шум не приводит к значительным искажениям сигнала за один цикл измерения, а при усреднении сигнала по многим циклам необходимо использовать известные схемы статистической обработки сигналов с нулевым средним. В частности, в рассматриваемом ниже примере в качестве полезного сигнала использовались среднеквадратичные отклонения производной регистрируемого сигнала по времени. For π / 2 <Φ <π / 2, the interaction of the pairs leads to an increase in the total increment of amplification in each of them; for l / 2 <Φ <Zlg / 2, to a decrease. In the general case, the SBS increment of the interaction of pairs of optical signals differs from the gain increment outside resonance, where the SBS process in each pair proceeds independently. However, the dependence of the interaction efficiency on the phase relation Ф makes the measurement results dependent on phase noise. Since the phase noise band, even in long fibers, is 10-100 kHz, such noise does not lead to significant signal distortions in one measurement cycle, and when averaging a signal over many cycles, it is necessary to use well-known statistical signal processing schemes with zero mean. In particular, in the example considered below, the mean time deviations of the time derivative of the recorded signal were used as a useful signal.
В другом варианте реализации способа согласно изобретению излучение на частотах накачки co ,
Figure imgf000011_0001
и стоксового сигнала со* вводится в волокно с противоположных концов навстречу друг другу в поляризациях, соответствующих главным поляризационным осям волокна (X и Υ). Четвертый сигнал на частоте αζ смешивается с рассеянным сигналом при его детектировании, что приводит к увеличению соотношения сигнал/шум.
In another embodiment of the method according to the invention, the radiation at pump frequencies co,
Figure imgf000011_0001
and the Stokes signal co * is introduced into the fiber from opposite ends towards each other in polarizations corresponding to the main polarization axes of the fiber (X and Υ). The fourth signal at the frequency αζ mixes with the scattered signal when it is detected, which leads to an increase in the signal-to-noise ratio.
Аналогично первому варианту, производят детектирование и обработку сигналов, полученных с выхода волокна при согласованной амплитудной модуляции и частотном сканировании задающих оптических полей, измеряют пространственно- частотное распределение резонанса, в частности, распределение по волокну положения резонансного сдвига Н0 , ширины резонанса, его профиль. По положению резонанса репродуцируется распределение An . Другие характеристики резонанса также могут быть использованы как независимые параметры для измерения внешних воздействий. Similarly to the first option, the signals obtained from the fiber output are detected and processed at the matched amplitude modulation and frequency scanning of the driving optical fields, the spatial-frequency distribution of the resonance is measured, in particular, the distribution of the position of the resonance shift H 0 , the width of the resonance, and its profile on the fiber. The resonance position reproduces the distribution of An. Other resonance characteristics can also be used as independent parameters for measuring external influences.
В отношении второго варианта реализации способа согласно изобретению также применимы вышеуказанные замечания относительно эффективности взаимодействия пар волн в волокне, зависящей от соотношения их фаз в месте взаимодействия.  With respect to the second embodiment of the method according to the invention, the above remarks also apply regarding the efficiency of interaction of wave pairs in the fiber, depending on the ratio of their phases at the site of interaction.
Существенным отличием обоих заявляемых вариантов способа распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации от известных из уровня техники является использование дополнительного, четвертого сигнала на стоксовой частоте αζ с последующей обработкой сигналов на выходе из волокна. Это позволяет повысить соотношение сигнал/шум, а следовательно, повысить пространственное разрешение и точность измерений и увеличить длину тестируемого участка.  A significant difference between the two claimed variants of the method of distributed birefringence measurement in optical fibers with polarization being preserved from those known from the prior art is the use of an additional fourth signal at the Stokes frequency αζ with subsequent signal processing at the fiber exit. This allows you to increase the signal-to-noise ratio, and therefore, increase the spatial resolution and accuracy of measurements and increase the length of the test section.
Реализация первого и второго заявляемых вариантов способа распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации может быть осуществлена при помощи устройств, представленных соответственно на верхнем и нижнем рисунках на фиг.2. Принципиальным отличием заявляемых устройств от существующих аналогов является наличие генератора (1) оптического излучения, вырабатывающего узкополосное оптическое излучение одновременно на четырех различных частотах ω , <У , ω , ω5 γ в окрестности резонансных частот четырехволнового ВРМБ взаимодействия - соответственно ω 0 , aL0 , ω 0 , coS Y Q , связанных соотношениями (1), и ω ϋ - coS Y Q « ω[0 -coS Y 0 « Ω0 , где Ω0 - величина ВРМБ сдвига, а также наличие дополнительных средств, обеспечивающих стабилизацию и независимую перестройку в необходимых пределах разности частот Н = ω -
Figure imgf000013_0001
, Ωχ = со* - ω и Qy = c L -
Figure imgf000013_0002
известными методами, и контроль известными методами формы импульса, интенсивности и (или) фазы излучения на этих частотах.
The implementation of the first and second claimed variants of the method of distributed measurement of birefringence in optical fibers while maintaining polarization can be carried out using the devices shown respectively in the upper and lower figures in figure 2. The fundamental difference between the claimed devices and existing analogues is the presence of an optical radiation generator (1) that generates narrow-band optical radiation simultaneously at four different frequencies ω, <У, ω, ω 5 γ in the vicinity of the resonance frequencies of the four-wave SBS interaction - respectively, ω 0 , a L0 , ω 0 , co S Y Q , related by relations (1), and ω ϋ - co S Y Q «ω [ 0 -co S Y 0 « Ω 0 , where Ω 0 is the SBS value of the shift, as well as the presence of additional means providing stabilization and independent tuning within the necessary limits of the frequency difference H = ω -
Figure imgf000013_0001
, Ω χ = ω * - ω and Q y = c L -
Figure imgf000013_0002
by known methods, and control by known methods of the pulse shape, intensity and (or) phase of radiation at these frequencies.
Два волоконно-оптических выхода генератора на частотах ω и
Figure imgf000013_0003
оптически связаны с волоконным поляризационным комбайнером (2). Поляризационный комбайнер (2) - это известный волоконно-оптический элемент, который обеспечивает объединение линейных поляризаций от двух входных волокон с сохранением поляризации в двух ортогональных поляризациях одного выходного волокна с сохранением поляризации. При этом излучение на частоте ω вводится в X- поляризацию выходного волокна поляризационного комбайнера (2), а излучение на частоте а> в Υ-поляризацию выходного волокна поляризационного комбайнера (2).
Two fiber-optic outputs of the generator at frequencies ω and
Figure imgf000013_0003
optically coupled to a fiber polarizing combiner (2). A polarizing combiner (2) is a well-known fiber optic element that provides the combination of linear polarizations from two input fibers while maintaining polarization in two orthogonal polarizations of one output fiber while maintaining polarization. In this case, radiation at a frequency ω is introduced into the X-polarization of the output fiber of a polarizing combiner (2), and radiation at a frequency a> into the Υ-polarization of the output fiber of a polarizing combiner (2).
Волоконно-оптический поляризационный комбайнер (2) оптически связан с волоконно-оптическим РМ циркулятором (3). РМ циркулятор (3) - это известный волоконно-оптический элемент, который обеспечивает сохранение поляризации и развязку излучения, поступающего с противоположных входов. Излучение на частотах a> и
Figure imgf000013_0004
через РМ циркулятор (3) и устройство ввода (4) в волокно в двух независимых линейных поляризациях соответственно X и Υ поступает в оптическое волокно (5), выступающее в качестве чувствительного элемента.
A fiber optic polarizing combiner (2) is optically coupled to a fiber optic PM circulator (3). The PM circulator (3) is a well-known fiber-optic element, which ensures the conservation of polarization and decoupling of radiation coming from opposite inputs. Radiation at frequencies a> and
Figure imgf000013_0004
through RM, the circulator (3) and the input device (4) into the fiber in two independent linear polarizations, respectively, X and Υ enters the optical fiber (5), which acts as a sensitive element.
Для осуществления первого варианта заявляемого способа два волоконно- оптических выхода генератора (1) на частотах <я/ и cos Y оптически связаны с волоконным поляризационным комбайнером (6), аналогичным поляризационному комбайнеру (2), который через устройство ввода (7) передает излучение в оптическое волокно (5) с сохранением поляризации, выступающее в качестве чувствительного элемента (верхний рисунок на фиг.2). To implement the first variant of the proposed method, two fiber-optic outputs of the generator (1) at frequencies <i / and co s Y are optically coupled to a fiber polarizing combiner (6) similar to a polarizing combiner (2), which transmits radiation through an input device (7) into the optical fiber (5) with the preservation of polarization, acting as a sensitive element (upper figure in figure 2).
В втором варианте способа распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, при котором четвертый сигнал на частоте ofs смешивается с рассеянным сигналом при его детектировании, нет необходимости в использовании поляризационного комбайнера (6) (нижний рисунок на фиг.2). В этом случае устройство дополнительно оснащено оптическим волоконным РМ ответвителем (8), который отводит излучение генератора (1) оптического излучения на частоте ω3 γ и направляет его непосредственно на быстрый фотодетектор (9) для регистрации совместно с сигналом, поступающим с поляризационного делителя (10) в Υ-поляризации. In the second variant of the method of distributed measurement of birefringence in optical fibers with preservation of polarization, in which the fourth signal at a frequency of s is mixed with the scattered signal when it is detected, there is no need to use a polarizing combiner (6) (bottom figure in figure 2). In this case, the device is additionally equipped with an optical fiber PM coupler (8), which removes the radiation from the generator (1) optical radiation at a frequency of ω 3 γ and directs it directly to a fast photodetector (9) for registration together with the signal coming from the polarization divider (10) in Υ-polarization.
Используемьм оптическим волокном (5) может являться любое волокно с сохранением поляризации (например, типа PANDA), обладающее чувствительностью к изменению физических параметров (температуры, продольного натяжения, поверхностного давления), определяемых через регистрацию величины резонансного сдвига Н0. The optical fiber used (5) can be any polarization-preserving fiber (for example, of the PANDA type), which is sensitive to changes in physical parameters (temperature, longitudinal tension, surface pressure) determined by recording the value of the resonance shift Н 0 .
Излучение на частотах ω и ω3 γ , прошедшее оптическое волокно (5) и содержащее информацию о распределении тестируемого параметра H0 вдоль волокна (полученное через его нелинейное взаимодействие в волокне с излучением на частотах ω и ω[ ), через устройство ввода (4) и циркулятор (3) подается на поляризационный делитель (10). Поляризационный делитель (10) передает излучение в ортогональных поляризациях в два оптических канала. Оптические сигналы из этих двух каналов преобразуются быстрыми селективными фотодетекторами (9) в электрические сигналы, которые поступают в процессор (11) для накопления, математической обработки и извлечения информации о пространственном распределении упомянутых параметров. Radiation at frequencies ω and ω 3 γ transmitted through an optical fiber (5) and containing information on the distribution of the tested parameter H 0 along the fiber (obtained through its nonlinear interaction in the fiber with radiation at frequencies ω and ω [), through an input device (4) and the circulator (3) is supplied to the polarization divider (10). The polarization divider (10) transmits the radiation in orthogonal polarizations to two optical channels. Optical signals from these two channels are converted by fast selective photodetectors (9) into electrical signals that enter the processor (11) to accumulate, mathematically process, and extract information about the spatial distribution of these parameters.
Процессор (1 1) обеспечивает синхронную работу всех элементов системы: задает момент испускания, форму и интенсивность импульсов оптических сигналов в генераторе (1) оптического излучения, сбор и обработку сигналов с фото детекторов The processor (1 1) provides synchronous operation of all elements of the system: sets the moment of emission, the shape and intensity of the pulses of the optical signals in the optical radiation generator (1), the collection and processing of signals from photo detectors
(9). (9).
На фиг.З представлена схема генератора (1) оптического излучения, выполненная на основе перестраиваемых полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью. Здесь лазеры (12-15) представляют собой перестраиваемые полупроводниковые лазеры типа RIO [9], в которых электронными средствами обеспечивается перестройка и стабилизация частот лазеров (13-15) относительно задающего лазера (12). Все лазеры (12-15) оптически связаны с волоконными усилителями (16-19) и электрооптическими модуляторами (20-23), обеспечивающими посредством синхронизатора (24) синхронизованное по времени формирование импульсов заданной формы и интенсивности, поступающие на четыре волоконно-оптических выхода генератора (1), выполненные на волокнах с сохранением поляризации. Fig. 3 shows a diagram of an optical radiation generator (1) made on the basis of tunable distributed feedback semiconductor lasers. Here, lasers (12–15) are tunable semiconductor lasers of the RIO type [9], in which the electronic tuning and stabilization of laser frequencies (13–15) relative to the master laser (12) are provided. All lasers (12–15) are optically coupled to fiber amplifiers (16–19) and electro-optical modulators (20–23), which provide, by means of a synchronizer (24), time-synchronized generation of pulses of a given shape and intensity, arriving at four fiber-optic output of the generator (1), made on fibers with conservation of polarization.
Заявленные варианты устройства являются универсальными, поскольку помимо реализации заявляемых вариантов способа, основанного на четырехчастотном взаимодействии в волокне, также позволяют реализовывать упомянутые выше, известные из уровня техники способы распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, основанные на двух- и трехчастотном взаимодействии.  The claimed device variants are universal, because in addition to implementing the claimed variants of a method based on four-frequency interaction in a fiber, it is also possible to implement the above-mentioned methods of distributed birefringence measurement in optical fibers with preservation of polarization based on two- and three-frequency interaction.
В качестве примера конкретной реализации способа, при котором излучение на частотах накачки ω* , coL Y и стоксовых сигналов ω , cos Y вводится в волокно с противоположных концов навстречу друг другу, ниже приведены результаты моделирования работы заявляемого устройства для реализации данного варианта способа. Расчеты выполнены в приближении, достаточном для анализа датчиков длиной менее 10 км. Уравнения получены из системы уравнений, описывающих динамику бриллюэновского рассеяния [10, 1 1]:
Figure imgf000015_0001
As an example of a specific implementation of the method, in which radiation at the pump frequencies ω *, co L Y and Stokes signals ω, co s Y is introduced into the fiber from opposite ends towards each other, the results of modeling the operation of the inventive device for implementing this variant of the method are given below. The calculations were performed in an approximation sufficient for the analysis of sensors less than 10 km long. The equations are obtained from a system of equations describing the dynamics of Brillouin scattering [10, 1 1]:
Figure imgf000015_0001
3, - ^ d> Es = ~ * (Ε£ + Ε„'φ(ί, χ))' + аЕ, (д, + YWX X ) Е* = rWfE*E? + рх (t, х) 3, - ^ d > E s = ~ * (Ε £ + Ε „'φ (ί, χ ))' + aE, (d, + Y W X X ) E * = rWfE * E? + p x (t, x)
(4)
Figure imgf000015_0002
(four)
Figure imgf000015_0002
дх --bt ] El = - E[ (EH y + EH x<p'(t, x))' + aE: (d, + YWY ) EH Y = γΨΪΕ[Ε;γ + pY (t, x) d x --b t ] El = - E [(E H y + E H x <p '(t, x))' + aE : (d, + Y W Y ) E H Y = γΨΪΕ [Ε; γ + p Y (t, x)
где Where
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
/ и - текущие время и координата вдоль волокна, Е н - комплексные амплитуды соответствующих оптических и акустических полей (H), g - фактор бриллюэновского усиления, рх,г (г, х) - Ланжевеновские источники акустического шума, - коэффициент линейного затухания, Ω00 - частота бриллюэновского сдвига в невозмущенном волокне, Я00 - частота сдвига Н0 для невозмущенного волокна, L S ~ ωϊΊ ~ ω1ϋ so ~~ отстройка частот волн от резонансов Y so , соответствующих значениям Ω00 и Н00 , δΩζ'γ = Ω. 'γ - Ω0 - отклонение частоты бриллюэновского сдвига от Ω00 , δΗ0 = Η000 - отклонение величины Н0 от H00 , δΩ л = -δ£ ,
Figure imgf000016_0002
f and are the current time and coordinate along the fiber, E n are the complex amplitudes of the corresponding optical and acoustic fields (H), g is the Brillouin amplification factor, p x, r (g, x) are the Langevin sources of acoustic noise, is the linear attenuation coefficient, Ω 00 is the frequency of the Brillouin shift in the unperturbed fiber, I 00 is the shear frequency of H 0 for the unperturbed fiber, LS ~ ω ϊΊ ~ ω 1 ϋ so ~~ the detuning of the wave frequencies from the resonances Y so corresponding to the values of Ω 00 and Н 00 , δΩζ ' γ = Ω. ' γ - Ω 0 is the deviation of the frequency of the Brillouin shift from Ω 00 , δΗ 0 = Η 000 is the deviation of the value of H 0 from H 00 , δΩ l = -δ £,
Figure imgf000016_0002
Для демонстрации применимости первого варианта способа данная система уравнений решалась численно с параметрами, соответствующими длине тестируемого волокна 100 м при накачке на длине волны -1550 нм. Предполагалось, что в 10 различных точках волокна на отрезках в 20 см (во второй точке на отрезке в 1 ,2 м) отклонение двулучепреломления от номинального составляет δΑη « 5 · 10"7 . To demonstrate the applicability of the first variant of the method, this system of equations was solved numerically with parameters corresponding to the length of the tested fiber 100 m when pumped at a wavelength of -1550 nm. It was assumed that at 10 different fiber points on segments of 20 cm (at the second point on a segment of 1, 2 m), the birefringence deviation from the nominal value is δΑη "5 · 10 " 7 .
Пример 1. Схема численного эксперимента была следующей. Накачка на резонансной частоте ω[0 и стоксовы сигналы на резонансных частотах ω 0 и o so представляли собой непрерывное излучение мощностью соответственно 50 мВт, 10 мВт и 50 мВт (фиг.4). Накачка на частоте ω 0 - импульс длительностью 1нс и амплитудой 50мВт. Фаза импульса накачки менялась от импульса к импульсу равновероятно от 0 до 2π. Example 1. The scheme of the numerical experiment was as follows. The pump at the resonant frequency ω [ 0 and the Stokes signals at the resonant frequencies ω 0 and so so were continuous radiation with a power of 50 mW, 10 mW, and 50 mW, respectively (Fig. 4). Pumping at a frequency of ω 0 is a pulse with a duration of 1 ns and an amplitude of 50 mW. The phase of the pump pulse varied from pulse to pulse equally likely from 0 to 2π.
Сигнал отклика наблюдался во временной развертке стоксового излучения на частоте ω 0 (фиг.5). Этот сигнал дифференцировался (фиг.6), нормировался на рассчитанную амплитуду гиперзвуковой волны, и затем по реализациям бралось среднеквадратичное отклонение. Результат этой операции для 10 реализаций представлен на фиг.7 и в увеличенном масштабе - на фиг.8. Хорошо видно, что даже такое небольшое усреднение позволяет четко наблюдать сигнал отклонения An с разрешением не менее чем в 20 см. Неоднородность в 1 ,2 м (во второй точке) также хорошо разрешается. The response signal was observed in the time scan of the Stokes radiation at a frequency of ω 0 (Fig. 5). This signal was differentiated (Fig. 6), normalized to the calculated amplitude of the hypersonic wave, and then standard deviation. The result of this operation for 10 implementations is shown in Fig. 7 and on an enlarged scale - in Fig. 8. It is clearly seen that even such a small averaging makes it possible to clearly observe the deviation signal An with a resolution of at least 20 cm. Inhomogeneity of 1.2 m (at the second point) is also well resolved.
Пример 2. Схема численного эксперимента была следующей. Стоксовы сигналы на резонансных частотах ω 0 и coS Y 0 представляли собой непрерывное излучение мощностью 10 мВт каждый (фиг.9). Накачки на частотах ω£0 и ω - импульсы длительностью 1 не и амплитудой 250 мВт. Фаза импульса накачки менялась от импульса к импульсу равновероятно от 0 до 2π. Example 2. The scheme of the numerical experiment was as follows. The Stokes signals at the resonant frequencies ω 0 and co S Y 0 were continuous radiation with a power of 10 mW each (Fig. 9). Pumps at frequencies ω £ 0 and ω are pulses of 1 ns duration and an amplitude of 250 mW. The phase of the pump pulse varied from pulse to pulse equally likely from 0 to 2π.
Сигнал отклика наблюдался во временных развертках стоксового излучения на частотах ω*0 и coS Y Q . Аналогично Примеру 1, эти сигналы дифференцировались, нормировались на рассчитанную амплитуду гиперзвуковой волны, и затем по реализациям бралось среднеквадратичное отклонение. Результат этой операции для 10 реализаций представлен на фиг.10 (сверху) и в увеличенном масштабе - на фиг.11. Хорошо видно, что даже такое небольшое усреднение позволяет четко наблюдать сигнал отклонения An с разрешением не менее чем в 20 см. Неоднородность в 1 ,2 м (во второй точке) также хорошо разрешается. При условии, когда непрерывный сигнал накачки на частоте ω 0 не подавался, т.е. имело место просто рассеяние импульса на динамической решетке, выявить сигнал на фоне шума не удавалось (фиг.10, снизу). The response signal was observed in time scans of Stokes radiation at frequencies ω * 0 and co S Y Q. Similarly to Example 1, these signals were differentiated, normalized to the calculated amplitude of the hypersonic wave, and then the standard deviation was taken as the realizations. The result of this operation for 10 implementations is shown in Fig. 10 (above) and on an enlarged scale - in Fig. 11. It is clearly seen that even such a small averaging makes it possible to clearly observe the deviation signal An with a resolution of at least 20 cm. Inhomogeneity of 1.2 m (at the second point) is also well resolved. Provided that a continuous pump signal at a frequency of ω 0 was not supplied, i.e. there was simply a scattering of the pulse on the dynamic lattice, it was not possible to detect the signal against the background of noise (Fig. 10, bottom).
Для демонстрации способа по второму варианту схема численного эксперимента была следующей.  To demonstrate the method according to the second embodiment, the numerical experiment scheme was as follows.
Пример 3. Параметры сигналов на четырех частотах выбраны такими же, как в Примере 1. Разница заключается в том, что излучение на частоте ω^0 в волокно не вводится, а добавляется к рассеянному излучению при его регистрации. Также как и ранее, сигнал отклика дифференцировался, нормировался на рассчитанную амплитуду гиперзвуковой волны, и затем по реализациям бралось среднеквадратичное отклонение. Результат этой операции для 25 реализаций представлен на фиг.12 и в увеличенном масштабе - на фиг.13. Хорошо видно, что даже такое небольшое усреднение позволяет четко наблюдать сигнал отклонения An с разрешением не менее чем в 20 см. Неоднородность в 1,2 м (во второй точке) также хорошо разрешается. Example 3. The parameters of the signals at four frequencies are chosen to be the same as in Example 1. The difference is that radiation at a frequency ω ^ 0 is not introduced into the fiber, but is added to the scattered radiation when it is detected. As before, the response signal was differentiated, normalized to the calculated amplitude of the hypersonic wave, and then the standard deviation was taken from the realizations. The result of this operation for 25 implementations is presented in Fig. 12 and on an enlarged scale - in Fig. 13. It is clearly seen that even such a small averaging makes it possible to clearly observe the deviation signal An with a resolution of at least 20 cm. Non-uniformity of 1.2 m (at the second point) is also well resolved.
Таким образом, предложенный способ позволяет значительно увеличить соотношение сигнал/шум по сравнению с известным методом рассеяния на динамической решетке. В свою очередь, это позволяет повысить пространственное разрешение, т.е. точность измерений, и увеличить длину тестируемого участка.  Thus, the proposed method can significantly increase the signal-to-noise ratio compared with the known method of scattering on a dynamic lattice. In turn, this allows one to increase the spatial resolution, i.e. accuracy of measurements, and increase the length of the test section.
Литература Literature
1. X. Bao, Q. Yu, and L. Chen, "Simultaneous strain and temperature measurements with polarization-maintaining fibers and their error analysis by use of a distributed Brillouin loss system," Opt.Lett. 29, 1342-1344.  1. X. Bao, Q. Yu, and L. Chen, "Simultaneous strain and temperature measurements with polarization-maintaining fibers and their error analysis by use of a distributed Brillouin loss system," Opt. Lett. 29, 1342-1344.
2. X. Liu and X. Bao, "Brillouin Spectrum in LEAF and Simultaneous Temperature and Strain Measurement," IEEE J.of Lightwave Techn. 30, 1053-1059.  2. X. Liu and X. Bao, "Brillouin Spectrum in LEAF and Simultaneous Temperature and Strain Measurement," IEEE J.of Lightwave Techn. 30, 1053-1059.
3. L. Zou, X. Bao, S. A. V., and L. Chen, "Dependence of the Brillouin frequency shift on strain and temperature in a photonic crystal fiber," Optics Lett. 29, 1485-1487.  3. L. Zou, X. Bao, S. A. V., and L. Chen, "Dependence of the Brillouin frequency shift on strain and temperature in a photonic crystal fiber," Optics Lett. 29, 1485-1487.
4. Патент РФ Jfo 2346235 (опубликован 10.02.2009; МПК G01B11/16).  4. RF patent Jfo 2346235 (published February 10, 2009; IPC G01B11 / 16).
5. Y. Dong, L. Chen, and X. Bao, "Truly distributed birefringence measurement of polarization-maintaining fibers based on transient Brillouin grating," Optics Lett. 35, 193- 195.  5. Y. Dong, L. Chen, and X. Bao, "Truly distributed birefringence measurement of polarization-maintaining fibers based on transient Brillouin grating," Optics Lett. 35, 193-195.
6. K. Y. Song, W. Zou, Z. He, and K. Hotate, "Optical time-domain measurement of 6. K. Y. Song, W. Zou, Z. He, and K. Hotate, "Optical time-domain measurement of
Brillouin dynamic grating spectrum in a polarization-maintaining fiber," Opt. Lett. 34, 1381-1383. Brillouin dynamic grating spectrum in a polarization-maintaining fiber, "Opt. Lett. 34, 1381-1383.
7. W. Zou, Z. He, and K. Hotate, "Complete discrimination of strain and temperature using Brillouin frequency shift and birefringence in a polarization-maintaining fiber, " Optics Express 17, 1248-1255.  7. W. Zou, Z. He, and K. Hotate, "Complete discrimination of strain and temperature using Brillouin frequency shift and birefringence in a polarization-maintaining fiber," Optics Express 17, 1248-1255.
8. Y. Dong, L. Chen, and X. Bao, "High-Spatial-Resolution Time-Domain Simultaneous Strain and Temperature Sensor Using Brillouin Scattering and Birefringence in a Polarization-Maintaining Fiber," Phot. Techn. Lett. 22, 1364-1366.  8. Y. Dong, L. Chen, and X. Bao, "High-Spatial-Resolution Time-Domain Simultaneous Strain and Temperature Sensor Using Brillouin Scattering and Birefringence in a Polarization-Maintaining Fiber," Phot. Techn. Lett. 22, 1364-1366.
9. http://www.rio-inc.com/  9. http://www.rio-inc.com/
10. B.C. Старунов, И.Л. Фабелинский "Вынужденное рассеяние 10. B.C. Starunov, I.L. Fabelinsky "Stimulated scattering
Мандельштама-Бриллюэна и вынужденное энтропийное (температурное) рассеяние света" УФН 98 441^*91 (1969). 11. A. A. Fotiadi et al., "Statistical properties of stimulated Brillouin scattering in singlemode optical fibers above threshold", Opt. Lett., vol.27, pp.83-85 (2002). Mandelstam-Brillouin and stimulated entropy (temperature) scattering of light "Phys. Usp. Fiz. Nauk 98 441 ^ * 91 (1969). 11. AA Fotiadi et al., "Statistical properties of stimulated Brillouin scattering in singlemode optical fibers above threshold", Opt. Lett., Vol. 27, pp. 83-85 (2002).

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, при котором 1. The method of distributed measurement of birefringence in optical fibers while maintaining polarization, in which
вводят в отрезок оптического волокна с противоположных концов в поляризации одной из главных осей волокна с эффективным показателем преломления пх оптические сигналы на частотах ω* и ω* « ω* - Ω0 , где Ω0 - частота ВРМБ сдвига, вводят в поляризации другой главной оси волокна с эффективным показателем преломления ηγ зондирующий сигнал на частоте ω сонаправленно с сигналом на частоте со* , вызывая модуляцию встречного излучения, injected into the optical fiber segment from opposite ends in the polarization of one of the principal axes of the fiber with an effective refractive index n x optical signals at frequencies ω * and ω * "ω * - Ω 0 , where Ω 0 is the SBS frequency of the shift, they are introduced into polarizations by another main axis of the fiber with an effective refractive index η γ the probing signal at a frequency ω co-directionally with a signal at a frequency co *, causing modulation of the oncoming radiation,
детектируют излучение, встречное по отношению к зондирующему сигналу, определяют пространственное распределение частотного сдвига Н0 , соответствующее максимальному сигнальному отклику в заданной точке волокна, и определяют по формуле ηγχ да ηγΗ0 величину двулучепреломления, detecting radiation counter to the probing signal, determining the spatial distribution of the frequency shift H 0 corresponding to the maximum signal response at a given point of the fiber, and determining the birefringence by the formula η γχ yes η γ Η 0 ,
отличающийся тем, что characterized in that
в оптическое волокно навстречу зондирующему сигналу и в поляризации зондирующего сигнала дополнительно вводят четвертый оптический сигнал на частоте a?s * ω[ -Ω0 , обеспечивают согласованное сканирование разности частот со* -
Figure imgf000020_0001
= HL и со* - cos Y = Hs относительно величины Н0 , и разности частот со - со = Ω относительно Ω0 ,
in the optical fiber towards the probing signal and in the polarization of the probing signal, an additional fourth optical signal is introduced at a frequency a s * ω [-Ω 0 , provide consistent scanning of the frequency difference with * -
Figure imgf000020_0001
= H L and co * - co s Y = H s relative to the value of H 0 , and the frequency difference co - co = Ω relative to Ω 0 ,
производят обработку регистрируемых сигналов методом обработки и накопления сигналов с нулевым средним. they process the recorded signals by the method of processing and accumulating signals with a zero mean.
2. Способ распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, при котором  2. The method of distributed measurement of birefringence in optical fibers with the preservation of polarization, in which
вводят в отрезок оптического волокна с противоположных концов в поляризации одной из главных осей волокна с эффективным показателем преломления пх оптические сигналы на частотах ω* и ω* да со* - Ω0 , где Ω0 - частота ВРМБ сдвига, вводят в поляризации другой главной оси волокна с эффективным показателем преломления ηγ зондирующий сигнал на частоте ωζ сонаправленно с сигналом на частоте У , вызывая модуляцию встречного излучения, injected into the segment of the optical fiber from opposite ends in the polarization of one of the main axes of the fiber with an effective refractive index n x optical signals at frequencies ω * and ω * and so * - Ω 0 , where Ω 0 is the SBS frequency of the shift, introducing into the polarizations of the other main axis of the fiber with an effective refractive index η γ a probing signal at a frequency ωζ co-directionally with a signal at a frequency Y, causing modulation of the oncoming radiation,
детектируют излучение, встречное по отношению к зондирующему сигналу, определяют пространственное распределение частотного сдвига Н0, соответствующее максимальному сигнальному отклику в заданной точке волокна, и определяют по формуле nY -nx » nYHQ величину двулучепреломления, detecting radiation counter to the probing signal, determining the spatial distribution of the frequency shift H 0 corresponding to the maximum signal response at a given point of the fiber, and determining the birefringence value according to the formula n Y -n x "n Y H Q ,
отличающийся тем, что characterized in that
в оптическое волокно навстречу зондирующему сигналу и в поляризации зондирующего сигнала дополнительно вводят четвертый оптический сигнал на частоте ω{ « αζ +Ω0 , in the optical fiber towards the probing signal and in the polarization of the probing signal, an additional fourth optical signal is introduced at a frequency ω {ααζ + Ω 0 ,
обеспечивают согласованное сканирование разности частот ω - ω = HL и ωΞ ~ω1 Ξ Hs относительно величины H0 , и разности частот ω - &>/ = Ω относительно Ω0 , provide a consistent scan of the frequency difference ω - ω = H L and ω Ξ ~ ω 1 Ξ Hs with respect to H 0 , and the frequency difference ω - &> / = Ω with respect to Ω 0 ,
производят обработку регистрируемых сигналов методом обработки и накопления сигналов с нулевым средним. they process the recorded signals by the method of processing and accumulating signals with a zero mean.
3. Способ распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, при котором  3. The method of distributed measurement of birefringence in optical fibers with the preservation of polarization, in which
вводят в отрезок оптического волокна с противоположных концов в поляризации одной из главных осей волокна с эффективным показателем преломления пх оптические сигналы на частотах со и ω » ω - Ω0 , где Ω0 - частота ВРМБ сдвига, вводят в поляризации другой главной оси волокна с эффективным показателем преломления ηγ зондирующий сигнал на частоте ω сонаправленно с сигналом на частоте ω , вызывая генерацию встречного излучения, is introduced into a segment of the optical fiber at the opposite ends in the polarization of one of the principal axes of the fiber with an effective refractive index n x optical signals at frequencies u and ω »ω - Ω 0, where Ω 0 - SMBS offset frequency is input to the polarization of the other main fiber axis an effective refractive index η γ the probe signal at a frequency ω co-directionally with a signal at a frequency ω, causing the generation of counterpropagating radiation,
детектируют излучение, встречное к зондирующему сигналу, detect radiation counter to the probing signal,
определяют пространственное распределение частотного сдвига Н0 > соответствующее максимальному сигнальному отклику в заданной точке волокна, и определяют по формуле ηγχ « пуН0 величину двулучепреломления, determine the spatial distribution of the frequency shift H 0> corresponding to the maximum signal response at a given point of the fiber, and determine by the formula η γχ "n at H 0 the value of birefringence,
отличающийся тем, что при детектировании встречного излучения в поляризации Y к нему дополнительно примешивают четвертый оптический сигнал на частоте ω8 γ » ω - Ω0 , обеспечивают согласованное сканирование разности частот со - coL Y = HL и ω* - cos Y = Hs относительно величины Н0 , и разности частот со* - ω* = Ω относительно Ω0 , и characterized in that when detecting counterpropagating radiation in the polarization Y, the fourth optical signal at the frequency ω 8 γ »ω - Ω 0 is additionally mixed with it, and a coordinated scanning of the frequency difference co - co L Y = H L and ω * - co s Y = H s with respect to H 0 , and the frequency differences ω * - ω * = Ω with respect to Ω 0 , and
производят обработку регистрируемых сигналов методом обработки и накопления сигналов с нулевым средним. they process the recorded signals by the method of processing and accumulating signals with a zero mean.
4. Способ распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, при котором  4. The method of distributed measurement of birefringence in optical fibers with the preservation of polarization, in which
вводят в отрезок оптического волокна с противоположных концов в поляризации одной из главных осей волокна с эффективным показателем преломления пх оптические сигналы на частотах taf и « ω^ - Ω0 , где Ω0 - частота ВРМБ сдвига, вводят в поляризации другой главной оси волокна с эффективным показателем преломления ηγ зондирующий сигнал на частоте ω5 γ сонаправленно с сигналом на частоте со* , вызывая генерацию встречного излучения, optical signals are introduced into the optical fiber segment from opposite ends from opposite ends in the polarization of one of the principal axes of the fiber with the refractive index n × x at the frequencies taf and ω ω ^ - Ω 0 , where Ω 0 is the SBS frequency of the shift, they are introduced into the polarizations of the other main axis of the fiber with effective refractive index η γ the probe signal at a frequency ω 5 γ co-directionally with a signal at a frequency co *, causing the generation of counterpropagating radiation,
детектируют излучение, встречное к зондирующему сигналу, detect radiation counter to the probing signal,
определяют пространственное распределение частотного сдвига H0 , соответствующее максимальному сигнальному отклику в заданной точке волокна, и определяют по формуле ηγχκ· ηΥΗ0 величину двулучепреломления, determine the spatial distribution of the frequency shift H 0 corresponding to the maximum signal response at a given point of the fiber, and determine by the formula η γχ κ · η Υ Η 0 the birefringence,
отличающийся тем, что characterized in that
при детектировании встречного излучения в поляризации Υ к нему дополнительно примешивают четвертый оптический сигнал на частоте
Figure imgf000022_0001
+ Ω, , обеспечивают согласованное сканирование разности частот со* - а> = HL и ω ~ ω1 ~ Hs относительно величины Н0 , и разности частот ωχ - со* = Ω относительно Ω0 , и
when detecting counterpropagating radiation in the polarization дополнительно, a fourth optical signal at a frequency
Figure imgf000022_0001
+ Ω,, provide a consistent scan of the frequency difference ω * - а> = H L and ω ~ ω 1 ~ Hs relative to the value Н 0 , and the frequency difference ω χ - ω * = Ω relative to Ω 0 , and
производят обработку регистрируемых сигналов методом обработки и накопления сигналов с нулевым средним. they process the recorded signals by the method of processing and accumulating signals with a zero mean.
5. Устройство распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, включающее генератор оптического излучения для генерации оптического излучения с заданными характеристиками, 5. A device for distributed measurement of birefringence in optical fibers with the preservation of polarization, including an optical radiation generator for generating optical radiation with predetermined characteristics,
два поляризационных комбайнера для объединения линейных поляризаций от двух входных волокон с сохранением поляризации в двух ортогональных поляризациях одного выходного волокна с сохранением поляризации, two polarizing combiners for combining linear polarizations from two input fibers while maintaining polarization in two orthogonal polarizations of one output fiber while maintaining polarization,
поляризационный делитель для разделения входного излучения по двум ортогональным поляризациям в два оптических канала, a polarization divider to separate the input radiation into two orthogonal polarizations into two optical channels,
РМ циркулятор для развязки излучения, поступающего с противоположных волоконных выходов с сохранением поляризации,  RM circulator for decoupling radiation coming from opposite fiber outputs while maintaining polarization,
оптическое волокно, обладающее чувствительностью к изменению физических параметров, определяемых посредством регистрации величины резонансного сдвига, по крайней мере один фотодетектор, преобразующий оптическое излучение в электрические сигналы, и an optical fiber that is sensitive to changes in physical parameters determined by recording the magnitude of the resonant shift, at least one photodetector that converts optical radiation into electrical signals, and
процессор для обеспечения синхронной работы всех элементов системы, задающий момент испускания, форму и интенсивность импульсов оптических сигналов в генераторе оптического излучения, и осуществляющий сбор, накопление и математическую обработку сигналов с фотодетекторов, a processor for ensuring the synchronous operation of all elements of the system, setting the moment of emission, the shape and intensity of the pulses of the optical signals in the optical radiation generator, and collecting, accumulating and mathematically processing the signals from photodetectors
причем генератор оптического излучения выполнен с возможностью выработки узкополосного оптического излучения одновременно на четырех различных частотах в окрестности частот <y ,
Figure imgf000023_0001
, , α ,
moreover, the optical radiation generator is configured to generate narrow-band optical radiation simultaneously at four different frequencies in the vicinity of frequencies <y,
Figure imgf000023_0001
,, α,
генератор оптического излучения снабжен средствами стабилизации и независимой перестройки разности частот 6> - ω[ = HL , ω - ω Ξ= HS , ω£ - ω = Ω , и the optical radiation generator is equipped with stabilization and independent tuning of the frequency difference 6> - ω [= H L , ω - ω Ξ = H S , ω £ - ω = Ω, and
процессор обеспечивает статистическую обработку регистрируемых сигналов методом обработки и накопления сигналов с нулевым средним. the processor provides statistical processing of the recorded signals by the method of processing and accumulating signals with a zero mean.
6. Устройство распределенного измерения двулучепреломления по п.5, отличающееся тем, что физическими параметрами, определяемыми посредством регистрации величины резонансного сдвига, являются температура, или продольное натяжение, или поверхностное давление. 6. The distributed birefringence measurement device according to claim 5, characterized in that the physical parameters determined by recording the magnitude of the resonance shift are temperature, or longitudinal tension, or surface pressure.
7. Устройство распределенного измерения двулучепреломления в оптических волокнах с сохранением поляризации, включающее  7. A device for distributed measurement of birefringence in optical fibers with the preservation of polarization, including
генератор оптического излучения для генерации оптического излучения с заданными характеристиками, поляризационный комбайнер для объединения линейных поляризаций от двух входных волокон с сохранением поляризации в двух ортогональных поляризациях одного выходного волокна с сохранением поляризации, an optical radiation generator for generating optical radiation with predetermined characteristics, a polarization combiner for combining linear polarizations from two input fibers while maintaining polarization in two orthogonal polarizations of one output fiber while maintaining polarization,
волоконный РМ ответвитель, на который направляется сигнал от генератора оптического излучения на частоте cos Y и посредством которого указанный сигнал объединяется с сигналом, поступающим с поляризационного делителя в Y- поляризации для их совместной регистрации, fiber RM coupler, to which the signal from the optical radiation generator at a frequency co s Y is directed, and by means of which the specified signal is combined with the signal from the polarization divider in Y-polarization for their joint registration,
поляризационный делитель для разделения входного излучения по двум ортогональным поляризациям в два оптических канала, a polarization divider to separate the input radiation into two orthogonal polarizations into two optical channels,
РМ циркулятор для развязки излучения, поступающего с противоположных волоконных выходов с сохранением поляризации, RM circulator for decoupling radiation coming from opposite fiber outputs while maintaining polarization,
оптическое волокно, обладающее чувствительностью к изменению физических параметров, определяемых посредством регистрации величины резонансного сдвига, по крайней мере один фотодетектор, преобразующий оптическое излучение в электрические сигналы, и an optical fiber that is sensitive to changes in physical parameters determined by recording the magnitude of the resonant shift, at least one photodetector that converts optical radiation into electrical signals, and
процессор для обеспечения синхронной работы всех элементов системы, задающий момент испускания, форму и интенсивность импульсов оптических сигналов в генераторе оптического излучения, и осуществляющий сбор, накопление и математическую обработку сигналов с фотодетекторов, a processor for ensuring the synchronous operation of all elements of the system, setting the moment of emission, the shape and intensity of the pulses of the optical signals in the optical radiation generator, and collecting, accumulating and mathematically processing the signals from photodetectors
причем генератор оптического излучения вьтолнен с возможностью выработки узкополосного оптического излучения одновременно на четырех различных частотах в окрестности частот со* , со[ , ω* , α , moreover, the optical radiation generator is filled with the possibility of generating narrow-band optical radiation simultaneously at four different frequencies in the vicinity of the frequencies ω *, ω [, ω *, α,
генератор оптического излучения снабжен средствами стабилизации и независимой перестройки разности частот ω* -coL Y = HL , со* -ωζ = Hs , со* - со* = Ω , и the optical radiation generator is equipped with stabilization and independent tuning of the frequency difference ω * -co L Y = H L , co * -ωζ = H s , co * - co * = Ω, and
процессор обеспечивает статистическую обработку регистрируемых сигналов методом обработки и накопления сигналов с нулевым средним. the processor provides statistical processing of the recorded signals by the method of processing and accumulating signals with a zero mean.
8. Устройство распределенного измерения двулучепреломления по п.7, отличающееся тем, что физическими параметрами, определяемыми посредством регистрации величины резонансного сдвига, являются температура, или продольное натяжение, или поверхностное давление. 8. The distributed birefringence measurement device according to claim 7, characterized in that the physical parameters determined by recording the magnitude of the resonance shift are temperature, or longitudinal tension, or surface pressure.
PCT/RU2014/000250 2013-04-17 2014-04-04 Method and device for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining fibres (variants) WO2014171859A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117585/28A RU2539849C2 (en) 2013-04-17 2013-04-17 Method and apparatus for distributed measurement of birefringence in fibres with polarisation preservation (versions)
RU2013117585 2013-04-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014171859A1 true WO2014171859A1 (en) 2014-10-23

Family

ID=51731667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000250 WO2014171859A1 (en) 2013-04-17 2014-04-04 Method and device for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining fibres (variants)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2539849C2 (en)
WO (1) WO2014171859A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112504309A (en) * 2020-10-14 2021-03-16 南京东智安全科技有限公司 Distributed sensing system and method for simultaneously measuring vibration and strain of fiber bragg grating

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020022921A1 (en) * 2018-07-23 2020-01-30 Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы" (ООО "УВП") Method and device for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining fibres (embodiments)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2179374C1 (en) * 2000-12-29 2002-02-10 Дубинский Александр Михайлович Device for measurement of characteristics of fiber of optical communication cable (modifications)
RU2007141921A (en) * 2005-04-14 2009-05-20 Фудзикура Лтд. (Jp) METHOD FOR MEASURING TWO-REFRACTION OPTICAL FIBERS AND MEASURING DEVICE AND METHOD FOR MEASURING DISPERSION OF POLARIZATION MODES OF OPTICAL FIBER AND OPTICAL FIBER
CN102252831A (en) * 2011-06-22 2011-11-23 北京交通大学 Three-point measuring method for double-refraction distribution in optical fiber
CN102589857A (en) * 2012-03-08 2012-07-18 哈尔滨工业大学 Method and device for measuring distributed-type polarization maintaining optical fiber double refraction based on Brillouin dynamic grating

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2179374C1 (en) * 2000-12-29 2002-02-10 Дубинский Александр Михайлович Device for measurement of characteristics of fiber of optical communication cable (modifications)
RU2007141921A (en) * 2005-04-14 2009-05-20 Фудзикура Лтд. (Jp) METHOD FOR MEASURING TWO-REFRACTION OPTICAL FIBERS AND MEASURING DEVICE AND METHOD FOR MEASURING DISPERSION OF POLARIZATION MODES OF OPTICAL FIBER AND OPTICAL FIBER
CN102252831A (en) * 2011-06-22 2011-11-23 北京交通大学 Three-point measuring method for double-refraction distribution in optical fiber
CN102589857A (en) * 2012-03-08 2012-07-18 哈尔滨工业大学 Method and device for measuring distributed-type polarization maintaining optical fiber double refraction based on Brillouin dynamic grating

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112504309A (en) * 2020-10-14 2021-03-16 南京东智安全科技有限公司 Distributed sensing system and method for simultaneously measuring vibration and strain of fiber bragg grating

Also Published As

Publication number Publication date
RU2539849C2 (en) 2015-01-27
RU2013117585A (en) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Muanenda Recent advances in distributed acoustic sensing based on phase-sensitive optical time domain reflectometry
ES2730766T3 (en) Device and procedure for locally determined temperature and / or dilation measurement by Brillouin dispersion
US9541426B2 (en) Optical sensor and method of use
US9784567B2 (en) Distributed brillouin sensing using correlation
CN107543567B (en) BOCDA distribution type optical fiber sensing equipment and method based on the modulation of physical accidental code
Cui et al. Distributed temperature sensing system based on Rayleigh scattering BOTDA
KR20110075680A (en) Apparatus and method of distributed fiber sensor using brillouin optical time domain analysis based on brillouin dynamic grating
US20160273999A1 (en) Optical fiber property measuring device and optical fiber property measuring method
CN103090894A (en) Distributed optical fiber sensing device and method based on Brillouin Er-doped fiber laser
EP3066423B1 (en) Single-end brillouin optical distributed sensing device and method
US11419503B2 (en) Ultrasound detection by optical passive-demodulation interferometry using photonic integrated circuits (PIC)
KR101310783B1 (en) Distributed optical fiber sensor and sensing method using simultaneous sensing of brillouin gain and loss
KR20110075679A (en) Apparatus of distributed fiber sensor using brillouin optical correlation domain analysis and sensing method thereof
US9806805B2 (en) Distributed fiber optic sensing system and method based on stimulated brillouin scattering
KR101889351B1 (en) Spatially-selective brillouin distributed optical fiber sensor with increased effective sensing points and sensing method using brillouin scattering
RU2444001C1 (en) Brillouin reflectometer
CN104729750A (en) Distributed optical fiber temperature sensor based on Brillouin scattering
RU2539849C2 (en) Method and apparatus for distributed measurement of birefringence in fibres with polarisation preservation (versions)
Hartog et al. Non-linear interactions with backscattered light: a truly single-ended Brillouin optical time-domain analysis technique
Song et al. Brillouin optical correlation domain analysis in linear configuration
WO2020022921A1 (en) Method and device for the distributed measurement of birefringence in polarization-maintaining fibres (embodiments)
KR100874428B1 (en) Fiber Optic Sensor System Using Hybrid Interferometer
CN203224310U (en) Brillouin optical time domain reflectometer
Yang et al. Digitalized phase demodulation scheme of φ-OTDR based on cross-coherence between Rayleigh back-scattering beat signals
Xiao et al. Research on current sensor based on POTDR

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14785611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 07/03/2016)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14785611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1