[发明专利]使用少模感测光纤的分布式布里渊感测系统及方法

权利要求书

1.一种分布式布里渊光纤感测系统，包括：

感测光纤，支持基本导模和至少一个较高阶导模；

泵浦光源，将泵浦光引入导模之一，以限定泵浦光导模，所述泵浦光形成布里渊动态光栅(BDG)；

探针光源，将输入探针光引入除泵浦光导模以外的一个或多个导模，以从BDG形成反射探针光，且反射的探针光由于布里渊波长移位而相对于所述输入探针光频移；

接收器，光学耦合到所述感测光纤且检测反射的探针光以确定布里渊频移和探针光的反射位置。

2.如权利要求1所述的分布式布里渊光纤感测系统，其特征在于，

所述接收器光学配置成(i)检测探针和泵浦光之间的波长间距以及(ii)通过确定探针光与反射的探针光之间的频率差异以及测量探针光与泵浦光之间的波长间距，同时确定作为沿感测光纤的距离的函数的感测光纤中的温度和应变。

3.如权利要求1或2所述的光纤感测系统，其特征在于，所述探针光源的波长可调谐。

4.如权利要求1或2所述的光纤感测系统，其特征在于，所述泵浦光源包括连续波(CW)光源或脉冲光源。

5.如权利要求1或2所述的光纤感测系统，其特征在于，所述泵浦光源安排成引入具有从500nm至1600nm范围中的波长的泵浦光。

6.如权利要求1或2所述的光纤感测系统，还包括：

具有输入/输出端的光纤，且探针光反射位置距所述输入/输出端一距离，所述系统在所述距离的空间分辨率小于1米且大于或等于1厘米。

7.如权利要求6所述的光纤感测系统，其特征在于，所述探针光的脉冲宽度小于10ns。

8.如权利要求6所述的光纤感测系统，其特征在于，所述探针光脉冲宽度在0.1ns至5ns的范围内。

9.如权利要求1或2所述的光纤感测系统，其特征在于，所述泵浦光源包括光学耦合到发送光纤的一端的频率ν的第一泵浦光源和在与所述第一泵浦光源相反的一端光学耦合到感测光纤的频率ν-ν_B的第二泵浦光源，使得第二泵浦光与第一泵浦光相互作用以形成BDG。

10.如权利要求1所述的光纤感测系统，还包括接收器，被配置成从布里渊频移确定感测光纤中的温度和应变中的至少一个。

11.一种分布式布里渊光纤感测系统，包括：

感测光纤，配置成至少支持第一导模和第二导模；

第一泵浦光源，光学耦合到感测光纤且配置成生成在第一导模中在感测光纤中传播的第一泵浦光，且形成包含感测光纤的本地布里渊频率的信息的布里渊动态光栅(BDG)；

探针光源，光学耦合到感测光纤且配置成生成在第二导模中在感测光纤中传播的脉冲探针光，且脉冲探针光具有选择的波长，使得脉冲探针光的至少一部分从布里渊动态光栅反射且包括关于本地布里渊频率和探针光反射位置的信息；以及

接收器，光学耦合到感测光纤且配置成接收经反射的探针光且确定本地布里渊频率、反射位置和沿感测光纤的至少一个条件。

12.如权利要求11所述的分布式布里渊光纤感测系统，其特征在于，所述接收器配置成接收泵浦光和探针光之间的波长间距以及感测沿感测光纤的至少两个条件，其中所述至少两个条件包括作为距感测光纤的输入/输出端距离的函数的温度和应变。

13.如权利要求11或 12所述的光纤感测系统，还包括以下中的至少一个：(i)作为感测光纤的基本导模的第一导模和作为感测光纤的较高阶导模的第二导模；(ii)在以1cm≤ΔZ<1m范围内的空间分辨率ΔZ感测所述两个条件中的至少一个条件；(iii)具有小于10ns的脉冲宽度的脉冲探针光。

14.一种感测沿感测光纤的至少一个条件的方法，包括：

仅在感测光纤支持的第一导模中沿光纤发送泵浦光，以形成布里渊动态光栅；

在感测光纤支持的至少第二导模中沿光纤发送第一频率的脉冲探针光，以从布里渊动态光栅获得反射的探针光，该反射的探针光具有相对于第一频率移位一频移的第二频率且具有反射位置；以及

分析反射的探针光移位的频率和反射位置以确定至少一个条件。