本申请涉及一种分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件及使用方法，脉冲激光光源发出脉冲激光；WDM滤波片连接分布式传感光纤，WDM滤波片接收脉冲激光光源发射的脉冲激光，并传输至分布式传感光纤，WDM滤波片接收由分布式传感光纤所产生的沿原路返回的背向拉曼散射光；硅光芯片包括集成在波导上的拉曼WDM滤波器和两个光电探测器，拉曼WDM滤波器接收背向拉曼散射光，将其分成斯托克斯光和反斯托克斯光，并分别发送至两个光电探测器；集成电路芯片的两个跨阻放大器分别与两个光电探测器相连，并进行光电转换，以输出电信号。本申请可以解决相关技术中采用分离光学器件的形式，使得探测器在接收信号时所处环境温度可能有偏差，影响温度测量准确性的问题。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光纤传感，特别涉及一种分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件及使用方法。
技术介绍
1、分布式光纤传感技术在近几十年得到了快速发展，目前已经可以实现分布式长距离测量，并且它具有体积小、重量轻、不受电磁干扰、耐腐蚀等优良性能，因此受到广泛关注。分布式光纤温度传感系统(dts)目前基本原理都是基于光纤的光时域反射(otdr)原理和光纤的拉曼散射效应。光纤测温的机理是依据后向拉曼(raman)散射效应，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的光——斯托克斯(stokes)光和一个比光源波长短的光——反斯托克斯(anti-stokes)光。由于ant i-stokes散射光的产生是建立在激发态能级光子数的基础上，因此ant i-stokes散射光一般比stokes散射光弱很多。但anti-stokes光相比stokes光对温度变化的响应更加敏感，光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯(ant i-stokes)光强发生变化，anti-stokes与stokes的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理实现对沿光纤温度场的分布式测量。
2、传统的光学系统基于分离的光学器件，依靠自由空间光路或光纤连接完成系统性功能，目前市面上dts都基于分离光学器件的形式，主要器件有脉冲激光器、拉曼波分复用器、双通道apd探测器、数据采集卡等，由于基于上述原理实现的分布式测量系统本身是精密测量仪器，而采用分离光学器件的形式，使得各个apd探测器在接收信号时所处环境温度可能有偏差，影响了温度测量准确性。
/>技术实现思路
1、本申请实施例提供一种分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件及使用方法，以解决相关技术中采用分离光学器件的形式，使得apd探测器在接收信号时所处环境温度可能有偏差，影响了温度测量准确性的问题。
2、第一方面，提供了一种分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其包括：
3、脉冲激光光源，其用于发出脉冲激光；
4、wdm滤波片，其连接有分布式传感光纤，所述wdm滤波片用于接收所述脉冲激光光源发射的脉冲激光，并传输至所述分布式传感光纤，所述wdm滤波片还用于接收由所述分布式传感光纤所产生的沿原路返回的背向拉曼散射光；
5、硅光芯片，其包括波导以及集成在所述波导上的拉曼wdm滤波器和两个光电探测器，所述拉曼wdm滤波器与wdm滤波片以及两个光电探测器相连，所述拉曼wdm滤波器用于接收背向拉曼散射光，将其分成斯托克斯光和反斯托克斯光，并分别发送至两个光电探测器；
6、集成电路芯片，其具有两个跨阻放大器，两个所述跨阻放大器分别与两个光电探测器相连，并用于进行光电转换，以输出电信号。
7、一些实施例中，所述器件还包括信号处理器，所述信号处理器与两个跨阻放大器相连，并用于对两个跨阻放大器输出的电信号进行处理，以获得温度信息。
8、一些实施例中，所述温度信息计算公式如下：
9、
10、其中，t表示测量位置的温度，f(t)表示测量位置的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值，f(t0)表示定标阶段温度为t0的位置处的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值，k为波尔兹曼常数，△ν为拉曼频移，h为普朗克常数。
11、一些实施例中，所述波导所使用的材料为锗硅。
12、一些实施例中，所述光电探测器采用锗硅雪崩光电二极管。
13、一些实施例中，所述脉冲激光的中心波长为1310nm，所述斯托克斯光的中心波长为1390nm，所述反斯托克斯光的中心波长为1239nm。
14、第二方面，提供了一种如上所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件的使用方法，其包括如下步骤：
15、定标阶段，启动脉冲激光光源，并获取温度为t0的位置处的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值；
16、测试阶段，再次启动脉冲激光光源，并获取测量位置的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值；
17、基于温度为t0的位置处的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值，以及测量位置的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值，得到测量位置的温度。
18、一些实施例中，
19、其中，t表示测量位置的温度，f(t)表示测量位置的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值，f(t0)表示定标阶段温度为t0的位置处的反斯托克斯散射信号强度与斯托克斯散射信号强度的比值，k为波尔兹曼常数，△ν为拉曼频移，h为普朗克常数。
20、一些实施例中，所述波导所使用的材料为锗硅；
21、所述光电探测器采用锗硅雪崩光电二极管。
22、一些实施例中，所述脉冲激光的中心波长为1310nm，所述斯托克斯光的中心波长为1390nm，所述反斯托克斯光的中心波长为1239nm。
23、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
24、本申请中，硅光芯片上集成拉曼wdm滤波器和一对光电探测器，相邻片上的一对光电探测器在接收信号时始终处于相同的问题，消除了apd光功率探测的温度影响因素，实现准确的温度测量。
25、本光电器件方案改变了目前采用双apd探测器需要两根光纤分别耦合的器件结构，降低了器件制造的复杂性和器件使用中的稳定性；本结构片上集成wdm的采用也进一步减少了系统整体的分离光器件的数量和复杂性，有利于实现更加小型化的光纤拉曼温度传感光接收器件。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于，其包括：
2.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述器件还包括信号处理器，所述信号处理器与两个跨阻放大器(8)相连，并用于对两个跨阻放大器(8)输出的电信号进行处理，以获得温度信息。
3.如权利要求2所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于，所述温度信息计算公式如下：
4.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述波导所使用的材料为锗硅。
5.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述光电探测器(6)采用锗硅雪崩光电二极管。
6.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述脉冲激光的中心波长为1310nm，所述斯托克斯光的中心波长为1390nm，所述反斯托克斯光的中心波长为1239nm。
7.一种如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件的使用方法，其特征在于，其包括如下步骤：
8.如权利要求7所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件的使用方法，其特征在于：
9.如权利要求7所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件的使用方法，其特征在于：
10.如权利要求7所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件的使用方法，其特征在于：所述脉冲激光的中心波长为1310nm，所述斯托克斯光的中心波长为1390nm，所述反斯托克斯光的中心波长为1239nm。
...
【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于，其包括：
2.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述器件还包括信号处理器，所述信号处理器与两个跨阻放大器(8)相连，并用于对两个跨阻放大器(8)输出的电信号进行处理，以获得温度信息。
3.如权利要求2所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于，所述温度信息计算公式如下：
4.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述波导所使用的材料为锗硅。
5.如权利要求1所述的分布式光纤温度传感硅基集成化光电器件，其特征在于：所述光电探测器(6)采用锗硅雪崩光电二极管。
6.如权利要求1所述的分布式光纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯诗洁，陈代高，张红广，张盛祥，傅焰峰，
申请(专利权)人：武汉光谷信息光电子创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。