基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计及其工作方法技术

一种基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计及其工作方法，属于光学领域。为解决现有相位敏感光时域反射计中的相干衰落效应问题。本发明专利技术包括窄线宽激光器、一号光纤耦合器、一号声光调制器、二号声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、偏振控制器、传感光纤、二号光纤耦合器、光电平衡探测器、示波器、计算机、任意波形发生器。通过在系统中使用宽带声光调制器，并同时加载多个不同频率的微波信号，从而产生多频探测脉冲光，获得不同的后向瑞利散射光强度分布，并以幅值大小为判断依据，任意时刻总是选取最为准确的信号进行相位重构。本发明专利技术具有系统结构简单紧凑、相位延迟精准控制、系统中频率成分灵活可控等优势。系统中频率成分灵活可控等优势。系统中频率成分灵活可控等优势。

【技术实现步骤摘要】
基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计及其工作方法


[0001]本专利技术属于光学领域，具体涉及一种基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计及其工作方法。

技术介绍

[0002]相位敏感光时域反射计(Phase
‑
sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Ф
‑
OTDR)通常被应用于对微弱振动事件进行探测，其响应速度高达毫秒乃至亚毫秒量级，灵敏度高达纳应变量级，在桥梁、隧道、石油运输管道等大型工程结构健康监测中具有巨大应用价值。Ф
‑
OTDR系统通过对振动区域前后两个参考位置的相位信息作差，得出振动区域相位信息随时间的动态变化过程，从而实现对振动事件的幅度与频率的定量分析。但相位信息的准确性完全依赖于参考位置的信号强度大小，由于Ф
‑
OTDR系统存在相干衰落效应，光纤某些位置的后向瑞利散射光强度极低，这些位置的相位信息容易失真，导致无法正确反映外界振动事件，使得系统在实际的结构健康检测等应用中频繁的误报警。
[0003]因此，研究Ф
‑
OTDR系统中相干衰落效应的抑制方法具有重要的意义。为了解决该问题，研究人员做了大量的研究工作。例如，南京大学张旭萍课题组(Zabihi M,ChenY,Zhou T,et al.Continuous Fading Suppression Method forФ
‑
OTDR Systems Using Optimum Tracking over Multiple Probe Frequencies[J].Journal ofLightwave Technology,2019,37(14):3602
‑
3610.)提出在Ф
‑
OTDR系统中同时并列接入三个具有不同频移的声光调制器(Acousto Optic Modulator,AOM)，产生三条不同的后向瑞利散射光强度曲线，并通过复用抑制相干衰落效应。华中科技大学孙琪真课题组(Liu T,Li H,He T,et al.FadingNoise Free Distributed Acoustic Sensor Assisted with Double Wavelength lasers[C].CLEO:Applications and Technology,2020:JW2E.10.)利用波分复用方案抑制相干衰落；香港理工大学朱坤等人(Zhao Z,Wu H,Hu J,et al.Interference fading suppression inΦ
‑
OTDR using space
‑
division multiplexed probes[J].Optics Express,2021,29(10):15452
‑
15462.)提出在Ф
‑
OTDR系统中以少模光纤为传感媒介，将不同模式下获得的后向瑞利散射光进行复用，从而抑制相干衰落效应。
[0004]上述相干衰落抑制方案很大程度上改善了Ф
‑
OTDR系统中由于相干衰落效应导致的解调相位信息失真问题。但南京大学张旭萍课题组提出的抑制方案系统结构复杂，三个不同频移的AOM并列接入系统时容易由于光纤长度不一致导致不同的相位延迟，牺牲系统响应带宽；华中科技大学孙琪真课题组提出的抑制方案在Ф
‑
OTDR系统同时引入两个不同工作波长的激光器进行波分复用，系统结构复杂、未充分抑制相干衰落效应；香港理工大学朱坤等人提出的抑制方案中，传感媒介特殊。

技术实现思路

[0005]在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]本专利技术要解决的问题是现有相干衰落抑制方案存在的系统结构复杂、相位延迟不一致、传感媒介特殊、未能充分抑制相干衰落效应等问题，本专利技术提出了一种基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计及其工作方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计包括窄线宽激光器、一号光纤耦合器、一号声光调制器、二号声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、偏振控制器、传感光纤、二号光纤耦合器、光电平衡探测器、示波器、计算机、任意波形发生器；
[0009]所述窄线宽激光器的光信号输出端与一号光纤耦合器的光信号输入端连通，一号光纤耦合器的两个光信号输出端分别同时与一号声光调制器的光信号输入端和偏振控制器的输入端连通，一号声光调制器的光信号输出端同时与二号声光调制器的光信号输入端连通，二号声光调制器的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器的光信号输出端同时与环形器的一号光信号端口连通，环形器的二号光信号端口与传感光纤连通，二号光纤耦合器的光信号输入端同时与偏振控制器的输出端和环形器的三号光信号端口连通，二号光纤耦合器的光信号输出端同时与光电平衡探测器的光信号输入端连通，光电平衡探测器的电信号输出端同时与示波器的电信号输入端连通，示波器同时与计算机连通，任意波形发生器的微波信号输出端分别同时与一号声光调制器的微波信号加载端、二号声光调制器的微波信号加载端和示波器的触发信号输入端连通。
[0010]进一步的，所述窄线宽激光器采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，波长为1550nm。
[0011]进一步的，所述一号光纤耦合器的耦合比为90:10，二号光纤耦合器的耦合比为50:50。
[0012]进一步的，所述一号声光调制器的中心频率为400MHz，带宽为100MHz。
[0013]进一步的，所述二号声光调制器的移频为
‑
300MHz，消光比为50dB。
[0014]进一步的，光电平衡探测器的探测带宽为300MHz，具有较高的共模抑制比和灵敏度。
[0015]本专利技术所述的基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计及其工作方法，窄线宽激光器输出的连续光通过一号光纤耦合器分为上下两个支路；上支路的连续光经过一号声光调制器调制为多频连续光，并由二号声光调制器调制为多频脉冲光作为探测脉冲，同时产生一定大小的频移，再经掺铒光纤放大器进行光功率放大后经过环形器注入到传感光纤中，一号声光调制器的多频调制和二号声光调制器的脉冲调制均由任意波形发生器实现；下支路的连续光作为本征光，由偏振控制器进行偏振态调节后和传感光纤中产生的后向瑞利散射光一同注入二号光纤耦合器进行拍频，并由光电平衡探测器进行探测，输出的光电流由示波器进行采集，获得多频后向瑞利散射光，计算机用于数据处理，并以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、一号光纤耦合器(2)、一号声光调制器(3)、二号声光调制器(4)、掺铒光纤放大器(5)、环形器(6)、偏振控制器(7)、传感光纤(8)、二号光纤耦合器(9)、光电平衡探测器(10)、示波器(11)、计算机(12)和任意波形发生器(13)；窄线宽激光器(1)的光信号输出端与一号光纤耦合器(2)的光信号输入端连通，一号光纤耦合器(2)的两个光信号输出端分别同时与一号声光调制器(3)的光信号输入端和偏振控制器(7)的输入端连通，一号声光调制器(3)的光信号输出端同时与二号声光调制器(4)的光信号输入端连通，二号声光调制器(4)的光信号输出端同时与掺铒光纤放大器(5)的光信号输入端连通，掺铒光纤放大器(5)的光信号输出端同时与环形器(6)的一号光信号端口(6
‑
1)连通，环形器(6)的二号光信号端口(6
‑
2)与传感光纤(8)连通，二号光纤耦合器(9)的光信号输入端同时与偏振控制器(7)的输出端和环形器(6)的三号光信号端口(6
‑
3)连通，二号光纤耦合器(9)的光信号输出端同时与光电平衡探测器(10)的光信号输入端连通，光电平衡探测器(10)的电信号输出端同时与示波器(11)的电信号输入端连通，示波器(11)同时与计算机(12)连通，任意波形发生器(13)的微波信号输出端分别同时与一号声光调制器(3)的微波信号加载端、二号声光调制器(4)的微波信号加载端和示波器(11)的触发信号输入端连通。2.根据权利要求1所述的基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计，其特征在于：所述窄线宽激光器(1)采用单频窄线宽光纤激光器，输出功率为10mW，输出波长为1550nm。3.根据权利要求1或2所述的基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计，其特征在于：所述一号光纤耦合器(2)的耦合比为90:10，二号光纤耦合器(9)的耦合比为50:50。4.根据权利要求3所述的基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计，其特征在于：所述一号声光调制器(3)的中心频率为400MHz，带宽为100MHz。5.根据权利要求4所述的基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计，其特征在于：所述二号声光调制器(4)的移频为
‑
300MHz，消光比为50dB。6.根据权利要求4所述的基于宽带AOM抑制相干衰落效应的相位敏感光时域反射计，其特征在于：所述光电平衡探测器(10)的探测带宽为300MHz。7.一种权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪英，雷艳阳，李毅，周锦喆，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：