[发明专利]基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法

说明书

本发明属于分布式光纤传感领域，公开了一种基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法，装置包括半导体激光器，半导体激光器发出的激光经环形器、第一耦合器后分为两束，其中一束经第一掺铒光纤放大器、非线性光纤、偏振控制器、环形器后返回半导体激光器使其输出宽频混沌激光；另一束经声光调制器进行脉冲调制产生混沌脉冲激光经第二耦合器分为两路，一路被第三探测器探测，另一路经波分复用器后进入传感光纤，在传感光纤中各点发生拉曼散射和瑞利散射后返回波分复用器并输出后分别被第一光电探测器和第二光电探测器探测，探测信号被解调出传感光纤沿线的温度和应变信息，本发明可以实现亚毫米级分辨率分布式光纤拉曼传感。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感领域，具体是一种亚毫米级分辨率的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置和方法。

背景技术

分布式光纤拉曼传感系统通过采集传感光纤自发散射携带温度信息的拉曼反斯托克斯散射光，利用光时域反射技术实现对传感光纤沿线温度的连续测量。凭借其体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，分布式光纤拉曼传感系统广泛应用于交通桥梁、煤矿、隧道、大型建筑等安全监测领域。

在分布式光纤拉曼传感系统中，空间分辨率是指能够分辨光纤温度变化的最小长度。提高空间分辨率对工业温度安全监测领域具有重要意义。目前，分布式光纤拉曼传感系统的定位方法是光时域反射技术，但是由于光源脉宽的限制，导致其传感距离与空间分辨率无法兼顾，且其最优空间分辨率仅为1m。此外，分布式光纤拉曼传感技术还无法实现温度和应变的同时监测。

基于此，有必要对先有技术中的分布式光纤拉曼传感装置进行改进，可以解决现有分布式光纤传感系统无法同时对温度和应变进行测量的科学难题，同时，提高其空间分辨率。

发明内容

为了解决现有分布式光纤拉曼温度传感系统空间分辨率低，以及其系统无法同时实现温度和应变的连续测量的技术难题，本发明提出了一种基于混沌激光的亚毫米级分辨率分布式光纤拉曼传感装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，包括半导体激光器、环形器、第一耦合器、第一掺铒光纤放大器、非线性光纤、偏振控制器、隔离器、声光调制器、第二耦合器、1×3波分复用器、传感光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和数据处理单元；

所述半导体激光器发出的激光经环形器、第一耦合器后分为两束，其中一束经第一掺铒光纤放大器、非线性光纤、偏振控制器后返回环形器，然后经环形器返回半导体激光器使其输出宽频混沌激光；另一束经声光调制器进行脉冲调制产生混沌脉冲激光后经第二耦合器分为两路，一路作为参考光被第三探测器探测，另一路作为探测光经1×3波分复用器后进入传感光纤，在传感光纤中各点发生拉曼散射产生的拉曼反斯托克斯信号返回波分复用器并从其第三端口输出后被第一光电探测器探测，在传感光纤中各点发生瑞利散射产生的瑞利散射信号返回波分复用器并从其第四端口输出后被第二光电探测器探测；

所述数据处理单元用于根据所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器的探测信息，解调出传感光纤沿线的温度信息和应变信息。

非线性光纤为非线性参量大于10W^-1km^-1的非线性光纤，所述第一耦合器和第二耦合器为1×2光纤耦合器。

所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，还包括第一衰减器和第二衰减器，所述第一衰减器设置在第一掺铒光纤放大器与非线性光纤之间，第二衰减器设置在非线性光纤与偏振控制器之间，分别用于控制非线性光纤的入纤功率和半导体激光器的反馈强度。

所述的基于混沌激光的分布式光纤拉曼传感装置，还包括设置在波分复用器的第三端口与第一探测器之间的第二掺铒光纤放大器，和设置在波分复用器的第四端口与第二探测器之间的第三掺铒光纤放大器。

所述数据处理单元包括采集卡和计算单元；