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布里渊光时域反射系统中光脉冲质量的研究

俞乾  
【摘要】:基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计(BOTDR)是一种分布式光纤传感技术。该技术把光纤作为敏感元件的同时又将其作为信号传输介质,可以探测施加于光纤沿途的温度、应力等物理量的变化。 光纤中的自发布里渊散射是很微弱的,这不仅对光探测器的灵敏度提出了很高要求,而且对探测脉冲光的质量(包括消光比和信噪比)也提出了很高要求。探测脉冲光的消光比和信噪比越高,则BOTDR系统的信噪比越强。常用电光调制器(EOM)对窄线宽激光器输出的连续光进行微波调制,产生探测脉冲光,探测脉冲光的消光比取决于由EOM偏置电压确定的工作点。为了使脉冲光的消光比高达60dB,采用两级EOM级联的方式来对连续光进行调制。但是由于EOM自身的固有缺陷,其工作点易受外界环境因素的影响而发生漂移,造成探测脉冲光消光比的波动,影响BOTDR系统的探测精度。同时,为了保证BOTDR有足够长的传感距离,经过EOM调制的探测脉冲光需要经过掺铒光纤放大器(EDFA)放大才能进入传感光纤。但是受到EDFA本身自发辐射(ASE)噪声的影响,经过EDFA放大的脉冲光会引入宽带噪声,降低了信号的信噪比,所以需要对经过EDFA放大的脉冲光进行带通滤波。光纤法布里-珀罗可调谐滤波器是常用的光滤波器件,但是由于其对温度非常敏感,所以在工作中它的中心波长会发生漂移,造成脉冲光功率的波动。 本文的工作主要有两个方面:第一方面,在总结了国内外EOM工作点控制方案并分析了BOTDR系统中EOM工作特性的基础上,设计了两级EOM级联获取高消光比脉冲光的模块中EOM工作点的控制系统,实现了两级EOM的长时间稳定,输出高消光比的脉冲光。第二方面,研究了光纤法布里-珀罗可调谐滤波器的工作特性,有针对性地设计了滤波器中心波长的控制系统,使系统工作时滤波器的中心波长始终与探测脉冲光的波长保持一致,实现了可靠的带通滤波功能。这两方面的工作可以明显提高BOTDR系统中光脉冲的质量,因此有望改善BOTDR系统的性能。


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