长距离光纤布里渊散射研究

研究了25 km长距离光纤中布里渊散射的功率分布,提出了求解长距离光纤中布里渊散射的耦合强度方程的数值计算方法,与忽略光纤损耗的解析解进行比较,并从实验上加以研究.在此基础上,分析了25 km长距离光纤中布里渊散射过程,得到泵浦波和斯托克斯波沿光纤的功率分布图.     

光纤分布式扰动传感器中瑞利和受激布里渊散射光谱特性及其影响研究

针对光纤分布式扰动传感器长距离应用定位误差增大的问题,研究了传感器长距离光纤中的瑞利散射和受激布里渊散射的光谱特性及其对系统定位精度的影响.建立了长距离光纤中瑞利和受激布里渊散射的数学模型,通过仿真研究发现散射光波的杂波干涉和强度噪声会严重降低干涉仪的光学信噪比,从而导致定位误差.通过实验验证了仿真结果的正确性.研究结...     

基于布里渊散射光时域分析的温度传感技术研究

为提高布里渊时域分析的传感精度,探寻一种相同条件下传感更为稳定、精确的传感光纤,通过实验得到一种布里渊频移与温度拟合线性度约为1的传感光纤.理论上分析了布里渊散射谱线宽度对温度传感测量精度的影响机制,在布里渊时域分析系统实验中分别以普通单模光纤与非零色散位移光纤(G.655)为传感光纤,测出在一定温度变化范围内标定点的布里渊散射谱线宽度和频移值.实验结果表明,非零色散位移光纤的布里渊散射谱线宽度随温度变化比较稳定,具有较高的传感精度.因此以G.655光纤为传感光纤更利于长距离监测场传感精度的提高.     

非线性效应对前向受激布里渊散射分布式传感的影响

以光力时域分析传感器为例,实验研究了非线性效应对前向受激布里渊散射分布式传感的影响,并给出了优化过程.前向受激布里渊散射的产生由于增益系数低,需要较高的脉冲功率(W级)进行激发,由于读取脉冲光与散射光同向传输特性,高功率脉冲将诱发前向受激布里渊散射传感系统中各种非线性效应.借鉴前人激活-读取分离技术,可有效避免激活脉冲非线性效应的影响,然而读取脉冲非线性效应对传感性能仍存在直接影响.基于此,本文研究了不同读取脉冲功率条件下,非线性效应对前向受激布里渊散射传感性能的影响及其物理机理;具体展示了～4.7 km标准单模光纤中,一、二阶散射边带随读取脉冲功率的演化过程,最终找到了优化区间,得到较为完美的本地增益谱,并且延长了传感距离.     

S波段光纤拉曼放大器中级联受激布里渊散射串扰的实验研究

研究了光纤激光器前向抽运的S波段分布式光纤拉曼放大器中级联的受激布里渊散射(SBS)串扰现象。用窄光谱带宽(<100MHz)的可调谐激光二极管作为信号源,通过S波段分布式光纤拉曼放大器,当被放大的信号功率超过单模光纤受激布里渊散射的阈值时,出现了前向受激布里渊散射,这是传导声波布里渊散射在光纤放大器中放大的现象。随着拉曼放大器抽运功率的提高,在斯托克斯区,出现了两阶受激布里渊散射线,在实验中观测到偶数阶的受激布里渊散射谱线功率大于奇数阶的布里渊一瑞利散射线。当进一步增加拉曼放大器的抽运功率,出现了前向级联的多阶受激布里渊散射现象,拉曼放大器的增益下降,被放大的信号功率转换为受激布里渊散射,噪声变大。受激布里渊散射的串扰破坏了拉曼放大器的特性,使拉曼放大器无法在密集波分复用光纤传输系统中使用,因此需要严格地控制入纤的信号功率和放大器的抽运功率。在实验中还观测到在光纤拉曼放大器中被放大的信号光和受激布里渊散射线两侧的伴线。     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

分布式光纤布里渊散射温度传感实验系统

提出一种基于布里渊光时域反射计法的分布式光纤布里渊散射温度传感系统.光源采用窄谱半导体激光器.声光调制器将光源调制成窄脉冲,并由高增益光纤放大器放大,产生高功率光脉冲信号,提高了自发布里渊散射信号的强度.采用双通马赫-曾德干涉仪将布里渊散射从瑞利散射中分离出来,在一段4.25 km长的光纤上进行分布式温度传感的实验研究.双通马赫-曾德干涉仪对瑞利散射进行了很好的抑制,得到了比较纯净的随温度变化的布里渊散射信号.     

掺铒石英光纤中的受激布里渊散射

本文报导用染料调Ｑ红宝石激光（波长λ＝６９４．３ｎｍ）泵浦掺Ｅｒ３＋石英光纤进行的受激布里渊散射（ＳＢＳ）实验研究。测量了受激布里渊散射频移，计算出掺铒石英光纤的体压缩系数。探讨了掺铒光纤中的受激布里渊散射的应用前景。     

掺饵石英光纤中的受激布里渊散射

本文报导用染料调Ｑ红宝石激光（波长λ＝６９４．３ｎｍ）泵浦掺Ｅｒ＾３＋石英光纤进行的受激布里渊散射（ＳＢＳ）实验研究，测量了受激布里渊散射频，计算出掺饵石英光纤的体压缩系数，探讨了掺饵光纤中的受激布里渊散射的应用前景。     

基于少模光纤的SBS光谱阈值特性分析

受激布里渊散射会影响少模光纤传输系统中的信噪比、传输距离与传输容量,是影响传输系统入纤功率提高的重要因素。对阶跃型少模光纤的受激布里渊散射谱的阈值进行了研究,运用了布里渊散射谱、模式联运谱的数学模型对少模光纤散射特性进行了分析,探讨了少模光纤布里渊散射增益谱、阈值增益系数,以及光纤各参量对少模光纤阈值的影响。分析结果表明：SI-10阶跃型少模光纤中存在五种不同的传播模式,不同模式有各自的传输常数以及有效折射率,各模式相互作用导致模式展宽、增益降低,且布里渊散射谱峰值增益系数为3.9×10-11 m·W-1。阈值增益系数受到光纤传感距离的影响,在相对较短距离传输中阈值急速下降,且其趋势随长度增加渐趋平缓,当光纤长度达到22 km时阈值增益系数趋于常数18.1。少模光纤的阈值因光纤长度的递增而递减,且递减趋势渐缓趋于常数20.5 dBm;少模光纤不同模式受激布里渊散射的阈值也因光纤长度的递增而递减最终趋于常数,且不同模式的阈值因模式阶数的递增而递增;少模光纤的阈值随着光纤衰减系数和纤芯半径的递增而递增,且增加趋势缓慢增大。不同衰减系数的光纤其阈值在不同长度趋于常数,衰减系数越大受激布里渊散射阈值越大越容易趋于一常数。     

大功率单频多芯光纤放大器中抑制受激布里渊散射的分析

针对多芯光纤完善了描述抽运光、信号光和Stokes信号的速率方程组.考虑了温差对受激布里渊散射的影响,利用有限元法求解温度分布方程组,分析了前向和后向抽运方式、对流系数、Stokes初始功率、光纤掺杂粒子密度和光纤长度对受激布里渊散射增益的影响.研究表明：后向抽运方式在抑制受激布里渊散射方面具有明显优势;减小对流系数有助于抑制受激布里渊散射;提高光纤掺杂密度能够加强抑制受激布里渊散射,同时也有助于提高光纤放大器的斜率效率.比较了在相同最佳光纤长度条件下,单芯和19芯光纤放大器的最高工作温度和受激布里渊散射 关键词： 光纤放大器 受激布里渊散射 大功率 有限元法     

M型少模光纤中模间受激布里渊散射特性及其温度和应变传感特性

少模光纤的受激布里渊散射对于分布式温度/应变传感具有重要应用价值.本文提出一种纤芯折射率呈M型分布的少模光纤,详细研究了光学模式LP_(01)和LP_(11)模式内及模式间的布里渊增益谱.研究结果表明:LP_(01)-LP_(11)模式对的布里渊增益谱中,其相邻两个布里渊散射峰的频率间隔较宽、增益峰值较大且峰值相差较小.通过优化光纤结构参数,提高了基于LP_(01)-LP_(11)模式对布里渊增益谱的温度和应变传感性能,最小误差分别为0.23℃和5.67μe.该研究对探究少模光纤中模式内及模式间的受激布里渊散射特性具有一定的指导意义,对提升同时温度和应变传感测量的性能具有一定参考价值.     

掺杂和结构对光纤中去极化型声波导布里渊散射频移与散射效率的影响

利用全矢量有限元法研究了单模光纤及光子晶体光纤中掺杂材料及浓度、光纤结构对去极化型声波导布里渊散射频移和散射效率的影响.结果表明增大包层掺氟浓度或纤芯掺锗浓度均会减小光纤布里渊频移,也会增大单模光纤散射效率.光子晶体光纤中整体掺氟浓度不变时,空气孔层数的增加会减小布里渊频移;而纤芯掺锗浓度不变时,随空气孔层数的增加TR2,3模式的布里渊频移增大,而TR2,7模式的布里渊频移减小.     

基于径向基函数神经网络的传感布里渊散射谱特征提取

基于布里渊效应的分布式光纤传感器以其可在沿光纤中同时获得被测量场时间和空间上的连续分布信息,成为当前国际的研究热点。根据光纤中布里渊散射谱的传输特点和高精度特征提取的要求,提出了利用莱文伯-马夸特(L-M)算法调节权值的径向基函数神经网络(RBFN)对布里渊散射谱进行特征提取。通过与反向传播(BP)神经网络、五次多项式曲线拟合法和三次样条插值法进行预测比较,在中心频率为11.213GHz,权重比为4∶1的仿真散射谱模型中,本方法相对误差最小,仅0.0015179%,温度相对误差仅为0.152℃,且拟合度较好。在不同脉宽和不同温度下的同一检测系统中,前者的综合评价指标优于其他三种拟合方法。数值分析和实验研究均表明径向基函数神经网络适用于对布里渊散射谱进行拟合,有效提高了预测精度。     

基于光纤环形腔结构的布里渊频移器设计

为了达到布里渊光时域分析(BOTDA)系统双通道激光源的布里渊频移要求,设计了一个光纤布里渊频移器,放置在其探测脉冲通道,使探测光与另一通道的扫频光具有布里渊频移差(约11.2GHz)。通过分析频移器的输出光谱线宽窄化原理,利用光纤中激发的布里渊增益谱结合一定的环形腔结构形成窄线宽的布里渊斯托克斯光谱输出,且分析了环形腔频移器的受激布里渊散射阈值和光-光转换效率两个性能指标及其影响因素。采用1551nm窄线宽光源,对实际搭建的9km单模光纤布里渊频移器进行了实验验证,结果表明:频移器的受激布里渊散射阈值为2.3mW,布里渊频移对应的波长改变约为0.1nm,此时的定向耦合器耦合比为0.4,光-光转换效率为49%。所设计的光纤布里渊频移器能达到布里渊光时域分析系统光源的技术指标,降低了系统的复杂性和成本。     

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术是目前国内外研究的热点。其中基于时域定位的布里渊分布式光纤传感技术主要分为布里渊光时域反射和布里渊光时域分析两种。国内对基于布里渊光时域反射技术的分布式光纤传感技术的研究报道比较多。介绍了基于布里渊光时域分析技术的分布式光纤传感技术的研究现状,并对基于时域定位的两种传感技术进行了分析对比。总结了布里渊散射分布式光纤传感技术实用化存在的问题及可能的解决方法,指出了该传感技术进一步的发展方向。     

提高布里渊光时域反射应变仪测量空间分辨力的等效脉冲光拟合法

由于探测光脉冲宽度受到限制,布里渊光时域反射仪(BOTDR)在对光纤上的应变进行分布式测量时,空间分辨力只能达到1 m。针对布里渊光时域反射仪单次采样接收背向布里渊散射信号(BBS)需要一定的时间,提出了基于等效脉冲光的多洛仑兹拟合法以提高其应变测量的空间分辨力。该方法将探测光脉冲在布里渊光时域反射仪完成单次采样所需的时间上进行积分,将积分函数作为等效脉冲光的表达式,再根据等效脉冲光的形状将布里渊光时域反射仪接收到的背向布里渊散射谱(BBS)细分,并对它进行多洛仑兹迭代拟合,准确求得每个细分布里渊散射谱的中心频率,进而利用光纤中布里渊频移与应变的对应关系,得到光纤中与细分布里渊散射谱对应的细分光纤单元上的应变情况。实验结果表明,利用这种方法,可使布里渊光时域反射仪应变测量的空间分辨力提高至0.05 m。     

后向泵浦高功率掺镱光纤放大器的非弹性散射效应

 在考虑受激布里渊散射和受激喇曼散射效应的基础上,数值求解了双包层掺镱光纤放大器的速率-传输方程,分析了后向泵浦高功率掺镱光纤放大器在不同信号光线宽、光纤长度和纤芯直径下的输出特性,研究了受激布里渊散射和受激喇曼散射的抑制条件。计算结果表明:在后向泵浦方式下,若掺镱光纤长度小于0.68 m,纤芯直径大于26 μm,信号光线宽大于0.04 nm,则放大过程中的受激布里渊散射和受激喇曼散射能同时得到有效抑制。     

分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展

光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.     

多模光纤不同模式布里渊散射参数

基于射线光学和波动光学理论分析了多模光纤的布里渊散射特性,提出了确定布里渊散射角取值范围的方法;推导了阶跃型和渐变型多模光纤不同模式群布里渊频移、线宽、散射谱和散射功率的表达式.结果表明,阶跃型和渐变型多模光纤布里渊散射角的最大取值范围为全反射临界角的2倍到π;阶跃型光纤的布里渊频移、线宽、归一化峰值增益和散射功率随模式群的变化比渐变型光纤缓慢,且随着模式群编号的增加,阶跃型光纤的上述参量分别在11.084~10.932GHz、21.760~21.168 MHz、1~0.933和1.990×10-9~1.857×10-9 W范围内呈曲线下降;渐变型光纤的上述参量分别在11.064~10.969GHz、21.683~21.314MHz、1~0.957和2.052×10-9~1.965×10-9 W范围内呈直线下降.