[发明专利]基于三偏振态时分复用的偏振光时域反射仪及检测方法

说明书

本发明公开了一种基于三偏振态时分复用的偏振光时域反射仪，包括：光源、偏振态发生器、脉冲调制器、环形器、传感光纤、双偏振态检测装置、光电探测器、信号采集卡以及处理器，所述处理器与所述偏振态发生器相连，控制所述偏振态发生器输出的偏振态在相互垂直的三个偏振态之间切换，并通过双偏振态检测装置实现偏振检测，从而在不考虑消偏振的情况下，完全消除传统POTDR信号衰落的现象，达到提高系统定位与事件识别稳定性的效果。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种基于三偏振态时分复用的偏振光时域反射仪。

背景技术

受限于偏振态的固有性质，在光纤偏振传感中，可以划分为位于传感点的偏振不敏感（外界扰动导致的光偏振态变化很小）与位于探测端（光探）的偏振不敏感（在邦加球上看偏振态的变化轨迹与检偏器垂直）。如中国发明专利公开号为CN107328462A的专利中提出了采用双偏振态检偏器对两个不同偏振角度的分量进行分别检偏，从而在不显著提高光纤传感系统成本的前提下，一定程度上缓解单一角度检偏的探测端不敏感问题。

但是上述方案存在问题：1.由于未能对光信号的输入偏振态和探测端偏振态敏感性进行充分分析，45度夹角的双偏振态检偏只能缓解或者改善探测端的检偏不敏感问题，在某些传感点上偏振态的变化方向和两个检偏器同时垂直，从而在这两个检偏器上都观察不到检偏后光强的微弱变化；2.单一偏振态光信号输入中，由于光信号的偏振敏感性随偏振光信号相位变化而变化，在传感光纤上仍然存在某些传感点处于不敏感区域，仍然存在传感点不敏感问题。

中国发明专利公开号为CN106767961B的专利中提出采用“通过保偏光纤将不同波长的光波转化为不同的初始偏振态，然后调制成脉冲光输入到POTDR系统中”从而“有效减少了测量结果中大量对扰动不敏感的位置”。虽然不同波长的光波经过保偏光纤可以在保偏光纤的出射端得到转动轴向不同的偏振态，但这些光波在用于传感的单模光纤的传输过程中不能保持偏振态的相互关系，进而不能保持其最终灵敏度的互补性，无法完全消除不敏感位置，该专利的探测端采用每个波长光波设置一个单偏振态检偏器（N个不同方向）检偏更不能解决某些传感点上偏振态的变化方向和两个检偏器同时垂直的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于三偏振态时分复用的偏振光时域反射仪及检测方法，通过偏振态发生器输出的偏振态在相互垂直的三个偏振态之间切换，并通过双偏振态检测装置实现偏振检测，从而在不考虑消偏振的情况下，完全消除传统偏振光时域反射仪（Polarization Optical Time-Domain Reflectometer,POTDR）信号衰落的现象，达到提高系统定位与事件识别稳定性的效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于三偏振态时分复用的偏振光时域反射仪，包括：光源、偏振态发生器、脉冲调制器、环形器、传感光纤、双偏振态检测装置、光电探测器、信号采集卡以及处理器，其中：

所述光源的输出端口通过光纤与偏振态发生器的输入端口相连，所述光源输出直流光信号；

所述偏振态发生器的输出端口通过光纤与脉冲调制器的输入端口相连，所述偏振态发生器用于使偏振态发生器输出光的偏振态在邦加球上看相互垂直；

所述脉冲调制器的输出端口通过光纤与环形器的第一端口相连；所述脉冲调制器用于将直流光信号调制为窄脉冲光信号；

所述环形器的第二端口与传感光纤相连；所述环形器的第三端口通过光纤与双偏振态检测装置相连；所述传感光纤中的背向瑞利散射信号通过环形器的第二端口输入并从第三端口输出；

所述双偏振态检测装置通过光纤与光电探测器相连，所述双偏振态检测装置用于实现偏振态的检测；

所述光电探测器与信号采集卡相连，所述光电探测器用于获得所述双偏振态检测装置输出光信号的光强；