[发明专利]基于瑞利散射的单端混沌布里渊动态应变测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于瑞利散射的单端混沌布里渊动态应变测量装置，其特征在于：包括宽频混沌激光源（1）、第一1×2光纤耦合器（2）、第一偏振控制器（3）、高速电光调制器（4）、宽带微波信号源（5）、第一光放大器（6）、第二光放大器（7）、第二偏振控制器（8）、半导体光放大器（9）、脉冲信号发生器（10）、第三光放大器（11）、可编程光延时发生器（12）、第二1×2光纤耦合器（13）、光环行器（14）、传感光纤（15）、可调谐光滤波器（16）、光电探测器（17）、锁相放大器（18）、计算机（19）；

其中，宽频混沌激光源（1）的输出端与第一1×2光纤耦合器（2）的输入端连接；第一1×2光纤耦合器（2）的第一输出端与第一偏振控制器（3）的输入端连接；第一偏振控制器（3）的输出端与高速电光调制器（4）的光纤输入端连接；宽带微波信号源（5）的射频输出端通过高频同轴电缆与高速电光调制器（4）的射频输入端连接；高速电光调制器（4）的光纤输出端通过单模光纤跳线与第一光放大器（6）的输入端连接；第一光放大器（6）的输出端通过单模光纤跳线与第二1×2光纤耦合器（13）的第一输入端连接；第一1×2光纤耦合器（2）的第二输出端通过单模光纤跳线与第二光放大器（7）的输入端连接；第二光放大器（7）的输出端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器（8）的输入端连接；第二偏振控制器（8）的输出端与半导体光放大器（9）的光纤输入端连接；脉冲信号发生器（10）的第一射频输出端通过高频同轴电缆与半导体光放大器（9）的射频输入端连接；半导体光放大器（9）的光纤输出端通过单模光纤跳线与第三光放大器（11）的输入端连接；第三光放大器（11）的输出端通过单模光纤跳线与可编程光延时发生器（12）的输入端连接；可编程光延时发生器（12）的输出端通过单模光纤跳线与第二1×2光纤耦合器（13）的第二输入端连接；第二1×2光纤耦合器（13）的输出端与光环行器（14）的输入端连接；光环行器（14）的输出端与传感光纤（15）的首端连接；传感光纤（15）的末端绕小环；光环行器（14）的反射端与可调谐光滤波器（16）的输入端连接；可调谐光滤波器（16）的输出端通过单模光纤跳线与光电探测器（17）的输入端连接；光电探测器（17）的输出端通过高频同轴电缆与锁相放大器（18）的信号输入端连接；脉冲信号发生器（10）的第二射频输出端通过高频同轴电缆与锁相放大器（18）的射频控制端口连接，宽带微波信号源（5）的外部触发端口通过高频同轴电缆与锁相放大器（18）的外部触发端口连接；锁相放大器（18）的信号输出端与计算机（19）连接。

2.一种基于瑞利散射的单端混沌布里渊动态应变测量方法，其特征在于：宽频混沌激光源（1）输出混沌激光入射到第一1×2光纤耦合器（2），第一1×2光纤耦合器（2）将混沌激光分为两路：

一路通过第一偏振控制器（3）调节至输出功率最大，然后输入到高速电光调制器（4）中，高速电光调制器（4）在宽带微波信号源（5）输出的正弦信号控制下对输入的光信号进行双边带调制，通过调节高速电光调制器（4）的工作模式抑制其在中心频率处的光强，并在中心频率的两端产生两个对称的边带，高频的为反斯托克斯光，低频的为斯托克斯光；边带的频移量为传感光纤（15）的布里渊频移量，经高速电光调制器（4）移频后的光信号输入到第一光放大器（6），通过第一光放大器（6）对其进行放大，放大后的光信号依次通过第二1×2光纤耦合器（13）的第一输入端、光环行器（14）输入到传感光纤（15），将其在传感光纤（15）中的后向瑞利散射光作为探测光；

另一路作为泵浦光由第二光放大器（7）放大后通过第二偏振控制器（8）调节至输出功率最大，然后将其输入到由脉冲信号发生器（10）驱动的半导体光放大器（9）中，调制后具有高消光比的泵浦光经第三光放大器（11）放大并输入到可编程光延时发生器（12），可编程光延时发生器（12）输出的泵浦光信号输入到第二1×2光纤耦合器（13）的第二输入端，通过光环行器（14）输入到传感光纤（15）；

通过调节可编程光延时发生器（12）使探测光信号与泵浦光信号在传感光纤（15）的特定位置发生受激布里渊散射，在这个过程中高频反斯托克斯光将能量传给泵浦光，泵浦光将能量传输给低频的斯托克斯光，受激布里渊散射最终表现为斯托克斯光的放大；通过宽带微波信号源（5）将布里渊频差锁定在布里渊增益谱线性区的中点，用可调谐光滤波器（16）将放大的斯托克斯光滤出并输入到光电探测器（17）中，光电探测器（17）将光信号转换为电信号输入到锁相放大器（18）中，锁相放大器（18）对输出信号的功率进行实时采集，并通过计算机（19）进行数据分析与处理，最终实现传感光纤（15）任意位置处动态应变的测量。