[发明专利]基于光学锁相环锁定两台激光器频率的布里渊光时域分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及布里渊光时域分析仪。

背景技术

连续分布式布里渊光纤传感仪利用光纤中的布里渊散射作为传感机制，可以提供分布式的超长距离内的高分辨率、高精度的应变和温度监测。该传感系统采用标准的光通信光纤作为传感介质，既可以用于温度和应变的监测又可以进行通信，可以实现传感和通信的复用。连续分布式布里渊光纤温度和应变传感仪应用领域包括：石油天然气管道和存储罐的温度和变形监测，海底或陆地高压电缆的温度和应变监测，地质灾害（比如山体滑坡、泥石流等）的分布式监测，桥梁、大坝和隧道等大型建筑物的结构健康监测，以及火灾报警等。

布里渊光时域分析仪是实现连续分布式布里渊光纤温度和应变传感仪的一种结构形式，它因具有信噪比高、空间分辨率高、测量精度高和测量距离长的优点得到了广泛的关注和研究。布里渊光时域分析仪里面包含两个光源以提供泵浦光和探测光，其关键技术是

如何获得频率差稳定的两个光源。目前，有一种方案使用一台激光器提供光源，它采用微波调制的办法来获得另一个相对泵浦光有稳定频移的探测光(M.Nikles,L.Thevenaz,and P.A.Robert,“Simple distributed fiber sensor based on Brillouin gain spectrum analysis,”Optics Letters,21,758-760,1996)，然而该技术需要使用价格昂贵且结构复杂的频率为十几GHz左右的微波信号发生器和高速电光调制器。另一种方案是采用两台激光器提供光源，通过对两台激光器的频率差锁定可以获得频率差稳定的泵浦光和探测光。A.W.Brown等人采用微波频率计数器探测两个激光器混频后的拍频信号并通过反馈控制其中一台激光器来实现两台激光器之间频率差的稳定(A.W.Brown,J.P.Smith,and X.Bao,“Brillouin scattering based distributed sensors for structural applications,”J.Intell.Mater.Syst.Struct.10,340-349,1999.)，然而微波频率计数器的价格较高、结构复杂、体积较大。美国专利US7,499,151B2提出采用一个外置的光学延时线来实现对两个分布反馈式（DFB）半导体激光器之间的频率锁定和扫描，然而该技术的缺点是由于光学延时线的响应速度慢、延时范围小，使得频率扫描速度较慢而且频率扫描范围窄。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有采用微波频率计数器探测两个激光器混频后的拍频信号的装置的价格高、结构复杂、体积较大，采用光学延时线来实现对两个分布反馈式半导体激光器之间的频率锁定和扫描所产生的光学延时线的响应速度慢导致的频率扫描速度慢且频率扫描范围窄的问题，提供一种基于光学锁相环锁定两台激光器频率的布里渊光时域分析仪。

基于光学锁相环锁定两台激光器频率的布里渊光时域分析仪，它由一号激光器、二号激光器、一号光纤耦合器、二号光纤耦合器、三号光纤耦合器、锁相环模块、电光调制器、脉冲发生器、扰偏器、探测放大模块、光学衰减器、掺铒光纤放大器、环形器、光电探测器和数据采集模块组成，一号激光器的输出端与一号光纤耦合器的光信号输入端连通，一号光纤耦合器的光信号输出端同时与电光调制器和三号光纤耦合器的光信号输入端连通，二号激光器的输出端与二号光纤耦合器的光信号输入端连通，二号光纤耦合器的光信号输出端同时与光学衰减器和三号光纤耦合器的光信号输入端连通，光学衰减器的光信号输出端与待测光纤的一端连通；三号光纤耦合器的光信号输出端与探测放大模块的光信号输入端连通，探测放大模块的电信号输出端与锁相环模块的电信号输入端连通，锁相环模块的控制信号输出端与二号激光器的注入电流控制端连通，脉冲发生器的脉冲信号输出端与电光调制器的脉冲信号输入端连通，电光调制器的光信号输出端与扰偏器的光信号输入端连通，扰偏器的光信号输出端与掺铒光纤放大器的光信号输入端连通，环形器包括一号光信号端口、二号光信号端口和三号光信号端口，掺铒光纤放大器的光信号输出端与环形器的一号光信号端口连通，环形器的三号光信号端口与光电探测器的光信号输入端连通，环形器的二号光信号端口与待测光纤的另一端连通；光电探测器的电信号输出端与数据采集模块的采集信息输入端连通。