任意波形输入脉冲光纤背向瑞利散射的研究

背向瑞利散射是光纤中一种重要的物理过程,利用该物理现象实现的光时域反射计是一种重要且常见的光纤测量设备.本文理论研究了任意波形的输入脉冲在光纤中的背向瑞利散射过程,导出了将瑞利散射看作为一种线性系统的冲激响应函数,讨论了方波与有振荡拖尾的注入脉冲的背向散射输出波形.对于方波注入,利用商用光时域反射仪表对理论进行了验证;对于有拖尾的脉冲,进行了实验研究,结果表明仿真与实验结果一致.     

相位光时域反射计瑞利散射波形特性研究

采用单模光纤后向瑞利散射的一维脉冲响应模型,数值模拟了相位光时域反射计(OTDR)中80 m探测光纤对1550 nm波长的纳秒激光脉冲的瑞利散射波形特性.模拟给出了影响波形的各种物理参数(折射率、激光频率和脉宽等)变化时的相应瑞利散射波形,理论分析得到了这些参数影响瑞利散射波形变化规律:随着光纤折射率逐渐增大,第一峰漂...     

分布式光纤超声传感器用于检测电缆接头放电故障

光纤传感技术的长距离传输和分布式检测的优势在电缆线路的状态监测领域具有很大的应用价值。利用相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)对电缆接头故障诊断中的局部放电进行研究。瑞利散射相干光信号具有随机特性,其方差变量可作为弱小超声信号的检测量。在电缆局部放电实验中,将5个光纤环传感器绕制在电缆接头上特定的超声监测点,以此来验证Φ-OTDR系统的分布式定位检测能力。实验同时对比了局部放电的电测法和光纤声测法的信号特征,并利用压电传感器来校正5个光纤环传感器的位置,以验证Φ-OTDR分布式光纤超声传感器在局部放电测量中的特性。     

光纤分子背向散射的温度效应与分布光纤温度传感网络

本文讨论了光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射精细结构谱和光纤分子喇曼（Raman）背向散射光谱及其温度效应。作者从实验中发现1550nm光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射的温度效应强于905nm;光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射强度与温度近似成正比关系;作者讨论了光纤分子背向Raman散射温度效应在分布式光纤温度传感网络上的应用。     

基于相干光时域反射计的光纤温度传感测量

研究了基于相干光时域反射计的光纤传感技术,分析了基于相干光时域反射计的分布式温度传感机理.根据传感系统的组成和原理,建立了仿真模型,利用MATLAB对传感系统的性能进行了仿真与分析,结果表明基于相干光时域反射计的传感系统可以达到温度测量分辨率为0.01℃,空间分辨率为1m的性能指标.     

光纤分子背向散射的温度效应及其在 分布光纤温度传感网络上应用 研究的进展

讨论了光纤分子瑞利(Rayleigh)背向散射精细结构谱和光纤分子喇曼(Ra man)背向散射光谱及其温度效应,以及在分布型光纤温度传感网络上应用研究的进展。     

基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的φ-光时域反射计光纤分布式传感系统

提出了一种基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的φ-光时域反射计光纤分布式传感系统.传感光缆采用普通单模光纤制成的直径3 mm的细光缆,并埋设于室外.入侵者走在光缆上面或附近产生的压力(振动)导致光纤中瑞利散射光相位发生变化,由于干涉作用,光相位变化将引起光强度的变化,通过实时将当前时刻的φ-光时域反射计后向瑞利散射信号与其前一时刻(时间间隔0.1 s)的后向瑞利散射信号连续相减检测这种干涉效应来定位入侵位置.经适当的数据处理后,该传感系统定位精度可达到50 m(为目前报道的φ-光时域反射计传感系统最高定位精度),定位范围可达到14 km,信噪比约为12 dB,且灵敏度较高.该系统可望能广泛用于军事基地、国界、核设施及监狱等重要场所的安全防范.     

基于人工神经网络的瑞利散射频谱解调方法

基于瑞利散射频谱的分布式光纤传感系统具有线性度好、可同时检测动态和静态信号的优点,但基于互相关运算的常规解调技术存在计算量非常大的问题.提出一种使用人工神经网络(ANN)算法代替互相关运算来提高瑞利散射频谱解调速度的方案.在该方案中,通过训练ANN模型,建立从瑞利散射曲线形状与对应的探测激光频率之间的映射关系,根据输入...     

在单模光纤中放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应

在单模光纤中,输入的激光功率大于阈值时．出现放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射现象。实验发现：放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射具有温度效应．与反斯托克斯拉曼背向自发散射一样,放大的拉曼散射光的光子通量受到光纤温度的调制。反斯托克斯拉曼背向白发散射的放大效应抑制了单模光纤中的相干噪声,改善了系统的信噪比。实验还发现．放大的反斯托克斯扎曼背向自发散射空域曲线上放大的端点位置随激发功率的增高前移并具有一定的规律性。放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应作为一种新的测温原理,已应用于远程30km分布光纤温度传感器系统。     

光纤拉曼散射与分布光纤温度传感器系统的研究

介绍了利用普通光纤自身拉曼散射的温度特性，并采用光时域反射计（ＯＴＤＲ）及高速Ａ／Ｄ变换等技术。研制了沿光纤轴线方向的长距离连续感知的分布光纤温度传感系统。     

一种三环并联Rayleigh后向散射式光纤转动传感器

以单环后向Rayleigh散射式光纤转动传感器原理为基础,提出了一种三环形腔并联Rayleigh后向散射式光纤转动传感器新结构.利用三个2×2单模光纤耦合器,建立了并联三环形腔Rayleigh后向散射式光纤转动传感器的理论模型,给出了用光时域反射计（OTDR）探测到的信号强度表达式.通过计算机仿真优化了参量,选择三环的长度分别为1 500 m、1 078 m和680 m.三个2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%、94.88%和95.26%构建了测试系统,对不同转速所探测到的后向Rayleigh散射信号进行测量,得到与理论相一致的实验结果.三环的采用,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了测量转速的准确度.     

光纤拉曼放大器中双重瑞利背向散射噪声的抑制

研究了光纤拉曼放大器中双重瑞利散射噪声的特性，提出了在考虑拉曼光放大作用时，双重量早散射噪声的表达式。给出了在加入隔离器进入抑制后，双重量早散射噪声的计算方法，并进行了模拟分析，得出了旋转隔离器的最佳位置。     

双环形腔并联瑞利后向散射式光纤陀螺

基于单环后向瑞利散射式光纤陀螺原理,提出了一种双环形腔并联的瑞利后向散射式光纤陀螺仪新结构.利用两个2×2单模光纤耦合器,建立了并联双环形腔瑞利后向散射式光纤陀螺仪的理论模型,给出了信号表达式.利用优化的环长和分光比两结构参量,分析了瑞利后向散射式光纤陀螺仪信号的输出特性.选择双环的长度分别为1500 m和1078 m,2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%和94.88%构建了测试系统,用光时域反射计(OTDR)对不同转速所探测到的后向瑞利散射信号进行测量,验证了这种新结构的可行性.同单环后向瑞利散射式光纤陀螺仪相比,双环的采用,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了测量转速的精度.     

基于光学闭合原理的太湖水体颗粒物后向散射特性模拟

后向散射系数是遥感传感器获取水体信息的来源,也是生物光学模型的重要输入参数。利用太湖春季和秋季实测数据,在生物光学模型的基础上结合光学闭合原理模拟了太湖春、秋季节水体颗粒物后向散射系数,进而分析了其光谱特性及颗粒物后向散射概率的时空变化。结果表明,太湖春、秋季节水体颗粒物后向散射系数与总悬浮物、无机悬浮物浓度均具有较高的相关性,而与有机悬浮物浓度的相关性则相对较低,颗粒物后向散射系数随波长变化指数n在太湖春季水体中的变化范围为0.66～1.84,平均值为1.29±0.25,而在太湖秋季水体中的变化范围为0.67～2.40,平均值为1.24±0.34;太湖春季水体颗粒物平均后向散射概率为0.030,而太湖秋季水体颗粒物平均后向散射概率为0.031,且无论是太湖春季水体还是太湖秋季水体,其颗粒物后向散射概率的波长依赖性均较弱。模拟吸收系数与实测吸收系数吻合较好,总体的平均相对误差均在18%以内。     

Theoretical Analysis of Rayleigh Backscattering Noise in Fiber Raman Amplifiers

In this paper, a new theoretical model for Rayleigh backscattering （RB） analysis of fiber Raman amplifiers is proposed. The model includes all the interactions among the pumps, signals, and all orders of RB. The results show that the higher order RB has a negligible influence on the performance of the amplifier. The co-propagating and counterpropagating RB power of the signal grow quadratically with the net-gain of the amplifier. The signal to double Rayleigh backscattering noise ratio （OSNRDRB ） of backward-pumped FRAs is better than that of the forward-pumped ones at high net-gain level （〉 13 dB）, while at low net-gain level the OSNRDRB of the forward-pumped FRAs is slightly better than that of the backward-pumped ones.     

Theoretical Analysis of Rayleigh Backscattering Noise in Fiber Raman Amplifiers

In this paper, a new theoretical model for Rayleigh backscattering (RB) analysis of fiber Raman amplifiers is proposed. The model includes all the interactions among the pumps, signals, and all orders of RB. The results show that the higher order RB has a negligible influence on the performance of the amplifier. The co-propagating and counterpropagating RB power of the signal grow quadratically with the net-gain of the amplifier. The signal to double Rayleigh backscattering noise ratio (OSNRDRB ) of backward-pumped FRAs is better than that of the forward-pumped ones at high net-gain level (＞ 13 dB), while at low net-gain level the OSNRDrb of the forward-pumped FRAs is slightly better than that of the backward-pumped ones.     

掺镱光纤放大器中自相似脉冲传输特性研究

研究了高阶色散和增益色散影响下,自相似脉冲在掺镱光纤放大器中的传输特性.从解析求解和数值模拟两方面分别阐述了初始脉冲能量、三阶色散和偶极子驰豫时间对脉冲传输质量的影响.结果表明,当传输考虑三阶色散效应时,伴随着脉冲啁啾非线性区域的扩大,啁啾中心随着色散系数取值的大小和正负前、后移动,脉冲峰向一侧延迟,中心位置发生漂移.增益色散对脉冲放大起到滤波作用,对自相似脉冲具有压窄效应.证实了具有一定驰豫时间的增益介质能够维持自相似孤子波的稳定传输.