基于分布式布里渊放大的超长距离BOTDA传感研究
发布时间：2021-09-01 04:53
本文介绍了基于受激布里渊散射（SBS）的布里渊光时域分析（BOTDA）原理与研究现状;针对布里渊响应恒定的DBA（分布式布里渊放大）-BOTDA系统中,传感距离远超50 km时,所需泵浦功率显著增大,且随待测光纤长度呈指数增长的问题,提出并实验展示了多常数带宽的泵浦调制新方案;进一步提出直接探测注入锁定（IL）双带宽泵浦的新思路,不仅很好地补偿了超长光纤损耗,并且引入注入锁定避免了调幅（AM）噪声的影响,同时基于调频（FM）泵浦直接解调有效抑制了非局域效应。此外,实现了基于频率梳泵浦并行解调的长距离DBA-BOTDA相位谱快速测量。具体工作总结如下:（1）提出多常数带宽的泵浦调制新方案。传统的基于均匀带宽调制的DBA-BOTDA系统存在由于泵浦损耗导致的大范围低信噪比区域;而基于指数带宽/强度调制的DBA-BOTDA尽管可实现常数布里渊响应,但所需泵浦功率随着传感距离呈指数增长。针对上述问题,我们提出一种基于多带宽泵浦调制的DBA-BOTDA新结构。与指数带宽/强度调制相比,泵浦效率可提升9dB。与传统的DBA-BOTDA相比,实验展示了>4.6dB信噪比（...
【文章来源】：四川师范大学四川省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SBS原理图
1绪论3212α22PspPAAkkAAAz(1.9)212α22sPssAAkkAAAz(1.10)式(1.7)-(1.10)中ΓA是复数，表明受激布里渊散射引起泵浦波和信号波的幅值和相位变化。其中122212/12/12/BBBABBkkgig(1.11)式中gB=2k1k2/ΓB是布里渊增益系数，Ω=ΩB-Ω是布里渊频移ΩB和泵浦-信号频率差Ω之间的失谐量。上式实部表示SBS导致的布里渊增益，虚部则表示SBS感应相移。实部和虚部的频谱响应通常分别称为布里渊增益谱(BGS)和布里渊相位谱(BPS)，如图1.2所示。其中增益谱表达式为[2][3]2(ω)12/BBsBgg(1.12)当ΔΩ=0时，gB(ωS)=gB到达最大值。BGS的半值全宽(FWHM)为νB=ΓB/(2π)。相位谱的表达式22/φ(ω)12/BBBsBg(1.13)由式(1.13)可知，当ΔΩ=0时，φB=0；当Ω=±ΓB/2时，φB有最大值。图1.2布里渊增益谱(BGS)和布里渊相位谱(BPS)1.2.1传统BOTDA传感原理基于上述SBS原理可实现布里渊分布式光纤传感。一束短的泵浦光脉冲和一束连续波(通常称为探测波)相向发射到光纤中。定义脉冲注入的光纤端为近端(z=0)，探测波发射的光纤端为远端(z=L，L为传感光纤长度)。当泵浦脉冲与探
四川师范大学硕士学位论文4测波之间的频率差与布里渊散射共振条件相匹配时，由于SBS相互作用，探测光被放大，表明泵浦与探测波之间发生了有效的功率转移。对探测光进行扫频，即可获得FUT的BGS或布里渊损耗谱(BLS)[6]。经洛伦兹曲线拟合可获得BFS沿光纤的分布，进一步结合式(1.2)可得出应变/温度分布，此过程称为布里渊光时域分析(BOTDA)。图1.3BOTDA传感系统的测量原理图(1)频域(2)时域图1.3是BOTDA传感系统的频域和时域测量原理图。设泵浦脉冲光频率为vp，连续光频率调谐到νCW=νP±νB。当νCW=νP+νB时，脉冲光将被连续光放大，而连续光经历额外的动态损耗，称之为布里渊损耗过程；当νCW=νP-νB时，脉冲光的能量减弱，而连续光则得到增强，称之为布里渊增益过程。在布里渊损耗过程中，一定程度上连续光的放大可以部分补偿脉冲光的损耗，因此，测量FUT的BLS比BGS效果更佳。1.2.2DBA-BOTDA原理图1.4DBA-BOTDA传感原理图分布式布里渊放大(DBA)是提高BOTDA系统传感能力的有效方法之一。该技术利用SBS沿传感光纤向BOTDA泵浦脉冲和探测提供分布式光放大。因此，泵浦脉冲-探测布里渊相互作用得到增强，有利于BOTDA轨迹的信噪比(SNR)提升。如图1.4所示，DBA-BOTDA系统中需在光纤远端额外注入高频连续泵浦
本文编号：3376297
【文章来源】：四川师范大学四川省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SBS原理图
1绪论3212α22PspPAAkkAAAz(1.9)212α22sPssAAkkAAAz(1.10)式(1.7)-(1.10)中ΓA是复数，表明受激布里渊散射引起泵浦波和信号波的幅值和相位变化。其中122212/12/12/BBBABBkkgig(1.11)式中gB=2k1k2/ΓB是布里渊增益系数，Ω=ΩB-Ω是布里渊频移ΩB和泵浦-信号频率差Ω之间的失谐量。上式实部表示SBS导致的布里渊增益，虚部则表示SBS感应相移。实部和虚部的频谱响应通常分别称为布里渊增益谱(BGS)和布里渊相位谱(BPS)，如图1.2所示。其中增益谱表达式为[2][3]2(ω)12/BBsBgg(1.12)当ΔΩ=0时，gB(ωS)=gB到达最大值。BGS的半值全宽(FWHM)为νB=ΓB/(2π)。相位谱的表达式22/φ(ω)12/BBBsBg(1.13)由式(1.13)可知，当ΔΩ=0时，φB=0；当Ω=±ΓB/2时，φB有最大值。图1.2布里渊增益谱(BGS)和布里渊相位谱(BPS)1.2.1传统BOTDA传感原理基于上述SBS原理可实现布里渊分布式光纤传感。一束短的泵浦光脉冲和一束连续波(通常称为探测波)相向发射到光纤中。定义脉冲注入的光纤端为近端(z=0)，探测波发射的光纤端为远端(z=L，L为传感光纤长度)。当泵浦脉冲与探
四川师范大学硕士学位论文4测波之间的频率差与布里渊散射共振条件相匹配时，由于SBS相互作用，探测光被放大，表明泵浦与探测波之间发生了有效的功率转移。对探测光进行扫频，即可获得FUT的BGS或布里渊损耗谱(BLS)[6]。经洛伦兹曲线拟合可获得BFS沿光纤的分布，进一步结合式(1.2)可得出应变/温度分布，此过程称为布里渊光时域分析(BOTDA)。图1.3BOTDA传感系统的测量原理图(1)频域(2)时域图1.3是BOTDA传感系统的频域和时域测量原理图。设泵浦脉冲光频率为vp，连续光频率调谐到νCW=νP±νB。当νCW=νP+νB时，脉冲光将被连续光放大，而连续光经历额外的动态损耗，称之为布里渊损耗过程；当νCW=νP-νB时，脉冲光的能量减弱，而连续光则得到增强，称之为布里渊增益过程。在布里渊损耗过程中，一定程度上连续光的放大可以部分补偿脉冲光的损耗，因此，测量FUT的BLS比BGS效果更佳。1.2.2DBA-BOTDA原理图1.4DBA-BOTDA传感原理图分布式布里渊放大(DBA)是提高BOTDA系统传感能力的有效方法之一。该技术利用SBS沿传感光纤向BOTDA泵浦脉冲和探测提供分布式光放大。因此，泵浦脉冲-探测布里渊相互作用得到增强，有利于BOTDA轨迹的信噪比(SNR)提升。如图1.4所示，DBA-BOTDA系统中需在光纤远端额外注入高频连续泵浦
本文编号：3376297
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3376297.html
