基于光频域喇曼散射的全分布式光纤温度传感器模型研究

分析了光频域喇曼背向散射(ROFDR)的理论模型,指出了它的局限性通过把玻色爱因斯坦因子作为温度的函数引入到分析中来完善光频域喇曼背向散射(ROFDR)的理论模型.相对于测试时间来说,温度对时间的变化率很小,认为近似不变,所以通过研究频域和时域的信号关系给出了υ域和z域间的变换关系最后给出了基于此模型的全分布式光纤温度传感器系统的仿真结果,并给出了对计算结果的误差修正公式,基于此得到的结果精度高于以前的报道.     

用喇曼增强非简并四波混频测量喇曼模的横向弛豫时间

在频率域研究了用喇曼增强非简并四波混频(RENFWM)测量喇曼模的横向弛豫时间,得到消背底的RENFWM光谱,对实验曲线进行拟合,获得苯和甲苯的振动模的横向弛豫时间分别为1.5ps和2ps。     

压缩系数可控的光脉冲压缩器

提出了一种压缩系数可控的光脉冲压缩器.该脉冲压缩器主体包括梳状色散分布光纤（CDPF）和喇曼放大器两部分.梳状色散分布光纤由多段色散位移光纤和单模光纤拼接而成,具有喇曼增益介质的功能.对一给定的光脉冲序列,可以通过控制泵浦功率实现脉冲压缩器的压缩率可调.通过对非线性薛定锷方程的数值模拟,这一光脉冲压缩器的性能得到了验证.当光脉冲在CDPF中传输时,脉冲得到压缩并且被放大.对喇曼泵浦功率来改变可以得到不同的输出脉宽.通过优化CDPF的结构,得到了喇曼泵浦功率和压缩系数之间很好的线性关系.     

单模光纤中受激喇曼散射对调制不稳定性的影响

基于修正的非线性薛定谔方程，利用线性扰动理论和数值方法研究了单模光纤中的调制不稳定性.由于受激喇曼散射的作用，使得喇曼增益谱叠加到光纤中的调制不稳定性增益谱上.这样，原本调制稳定的光纤正常色散区也出现了调制不稳定性；而在反常色散区，随着初始功率的增加，常规的调制不稳定性增益谱的增益和频谱范围均增大，而喇曼增益谱的增益增大但其频谱范围基本不变，这样导致常规的不稳定区域逐渐侵入并最终掩盖喇曼增益区.数值模拟验证了解析结果的正确性，并证明了利用反常色散情形下的调制不稳定性可以产生超短脉冲序列，但这种脉冲序列的进一步传输将会出现喇曼孤子自频移现象.     

光纤中强受激喇曼散射时的自相位调制

在光纤-光栅对激光脉冲压缩中,由于受激喇曼散射和自相位调制的竞争,使得泵浦激光脉冲波形重整,且自相位调制谱极不对称。本文用2m的单模保偏光纤,在产生较强的受激喇曼散射的情况下,得到较为对称的泵浦激光的自相位调制功率谱,并讨论了自相位调制功率谱的一些特点。     

基于光IQ调制的OFDR系统定位研究

针对传统内调制光频域反射(OFDR)分布式传感系统中扫频激光存在的频率变化非线性问题及其造成的信噪比降低问题,提出了基于光IQ调制的光频域反射系统,分析了光IQ调制扫频基本原理和光频域反射传感系统基本原理,搭建了基于光IQ调制器的扫频激光生成系统和OFDR温度变化定位实验系统,通过光IQ调制器对稳频激光进行调制以生成线性扫频激光,并将线性扫频激光导入OFDR系统实现对待测光纤上温度变化的定位检测。实验结果证明,基于光IQ调制器的OFDR系统可以准确定位待测光纤上的温度变化位置,在1000m光纤上定位误差为0.0606m。研究表明,基于光IQ调制的光频域反射系统可以实现中长距离的高精度温度变化定位传感。     

级联掺磷光纤喇曼激光器的解析优化

讨论了二级级联喇曼光纤激光器的解析解和优化设计.通过引入几何平均功率、增益因子和归一化光纤有效长度,将描述泵浦光和斯托克斯光沿喇曼增益光纤分布的微分方程组简化成代数方程组,在对泵浦光采用线性传播近似后,获得了二级级联喇曼激光器的解析解.所获得的解析解同数值模拟结果吻合得很好.利用该解析解可方便和快速地讨论级联喇曼激光器的优化设计,计算不同泵浦功率下的最佳光纤长度、输出光纤光栅反射率和转换效率.泵谱功率越大,最佳光纤长度越短,最佳输出光纤光栅反射率越小.     

硅波导受激喇曼散射放大信号光的数值模拟

提出了用连续泵浦光在硅波导中的受激喇曼散射对信号光进行放大的方法.建立了信号光和泵浦光在硅波导中传输的耦合方程,得到了计算信号光增益的理论模型.利用数值模拟结果,对泵浦功率沿波导的分布,信号光在不同波导长度以及输入功率情况下的增益等进行了分析和讨论.结果表明,适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论.     

一种新颖的宽带光纤喇曼放大器优化设计方法

介绍了一种新颖的宽带光纤喇曼放大器的优化设计方法.通过研究多波长后向泵浦光纤喇曼放大器的传输方程, 分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小.首先通过模拟煺火算法迭代出满足条件的泵浦波频率,然后利用平均功率分析方法,采用四阶阿当迭代方法计算出各泵浦波输入功率的大小,从而设计出具有较宽平坦增益带宽的光纤喇曼放大器.该算法是一种简单有效的优化方法.     

飞秒光脉冲基于交叉相位调制的压缩脉冲对的产生

数值模拟了在喇曼散射效应影响下,波长位于反常色散区的高阶孤子泵浦脉冲与波长在正常色散区的信号脉冲通过交叉相位调制作用产生的压缩脉冲对.结果表明,由于受喇曼效应的影响,飞秒信号脉冲产生的脉冲对不再保持对称,滞后的蓝移脉冲峰值功率随传输距离的增加而减小,产生孤子红移.同时发现喇曼系数增大,超前红移脉冲峰值功率增加,滞后蓝移脉冲峰值功率降低.分析了孤子阶数和正、负走离效应对脉冲压缩对变化规律的影响.     

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。     

Optimisation of the light transmission and irradiance distribution of an aspherical lens for 3-D time-of-flight sensors

The irradiance distribution and power transmission in a 3-D sensor, which is based on the principle of time-of-flight (TOF) and uses modulated active illumination, should be optimised because of a large light energy damper and low signal-noise ratio at the receiver detector array. A numerical design of a spherical–aspherical lens with large numerical aperture has been presented to generate a homogeneous irradiance on a measure object from an LED source. Based on the design and analysis of reflection loss, optimisations have been taken to maximise the optical transmittance of the lens. The results show that the total transmittance can be improved by optimising the shape and material of the lens.     

Localization mechanisms and location methods of the disturbance sensor based on phase-sensitive OTDR

The mathematic models of the disturbance sensor based on phase-sensitive optical time-domain reflectometry (OTDR) are established. On the basis of the models, the localization mechanisms of the conventional location techniques for phase-sensitive OTDR are simulated. The simulation results indicate that the frequency characteristics of the backscattered signal at disturbance region are different from other regions. According to the results, a novel location method relied on power spectrum analysis is described. The experiment is then conducted over a monitored length of 9 km with a spatial resolution of 100 m, which demonstrates that the described location approach can significantly enhanced signal-to-noise ratio (SNR) to 19.4 dB.     

光脉冲编码对基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统的影响

报道了光脉冲编码对基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统(BOTDA)的影响. 实验表明,光脉冲编码能够在保证较高空间分辨率的同时减小布里渊频移的不确定性. 实验实现了49.6 km传感距离, 在整段传感光纤上温度分辨率1 ℃,空间分辨率2.5 m. 本文实验测量并分析了系统的信噪比和光功率分布特性. 关键词： 分布式光纤传感 受激拉曼散射 布里渊增益 布里渊光时域分析系统(BOTDA)     

基于相关序列脉冲的布里渊光时域反射测量系统解码方法研究

布里渊光时域反射测量(BOTDR)系统空间分辨率和传感距离存在相互制约的关系.相关序列脉冲编码技术可用于解决这一矛盾,但直接对编码脉冲的布里渊散射采样信号进行解码,会因采样时间间隔小于编码单位脉冲宽度而导致解码信号的失真,从而降低了系统空间分辨率和测量精度.分析了直接互相关解码对BOTDR系统空间分辨率的影响,提出一种...     

基于空间频率域滤波的漫反射光大气湍流传输数值仿真方法

在基于目标回光的激光瞄准系统和目标在回路(TIL)系统中都要使用目标照明漫反射回光作为系统工作的基础.数值仿真在研究光波传输特性的过程中一直发挥着重要作用.由于漫反射光场发散角很大,给数值计算带来困难.一般的处理方法是进行分段空间域滤波,但这会大大增加计算量.提出一种计算漫反射光传榆的频率域滤波方法.频域滤波基本不增加...     

Impact of Brillouin amplification on the spatial resolution of noise-correlated Brillouin optical reflectometry

To obtain high spatial resolution over a long sensing distance in Brillouin optical correlation domain reflectometry(BOCDR), a broad laser spectrum and high pump power are used to improve the signal-to-noise ratio(SNR). In this Letter, we use a noise-modulated laser to study the variation of the Brillouin spectrum bandwidth and its impact on the coherent length of BOCDR quantitatively. The result shows that the best spatial resolution(lowest coherent length) is achieved by the lowest pump power with the highest noise-modulation spectrum. Temperature-induced changes in the Brillouin frequency shift along a 253.1 m fiber are demonstrated with a 19 cm spatial resolution.     

Influence of the Laser Frequency Drift in Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectometry

Optics and Spectroscopy - The influence of the laser frequency drift on the operation of phase-sensitive optical time domain reflectometry (φ-OTDR) systems is considered. Theoretical results...     

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.     

基于宽带光源和自外差检测的布里渊光时域反射温度传感系统

为简化系统结构、减小相干瑞利噪声对系统性能的影响,提出了一种采用宽带光源的瑞利和布里渊散射自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统.分析了瑞利和布里渊自外差检测原理,研究了布里渊频移和自外差信号功率与光纤温度和应变的关系.设计并搭建采用宽带光源的自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统,获得了常温下沿光纤分布的自外差信号功率谱及不同温度时加温段光纤的功率谱,验证了布里渊频移和自外差信号相对功率变化随温度的线性增加关系.通过实验数据获得的布里渊频移和相对功率变化的温度系数分别为1.07±0.01MHz/℃和(0.37±0.09)%/℃.本文的研究结果为基于瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射传感系统的温度和应变同时测量提供了理论和实验依据.