CN103698959A

CN103698959A - 一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器

Info

Publication number: CN103698959A
Application number: CN201210369175.0A
Authority: CN
Inventors: 张徐亮; 陈宇飞
Original assignee: Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明公开了一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器，包括脉冲信号光源、脉冲泵浦光源、第一波分复用器、前端传感光纤、后端传感光纤和无源部分，所述无源部分包括第一耦合器、第一光隔离器、第一掺铒光纤、第一光滤波器、第二掺铒光纤、第二光滤波器、第一光环路器，所述脉冲信号光源与脉冲泵浦光源分别连接第一波分复用器的两个端口，第一波分复用器的另一端口连接前端传感光纤，所述无源部分的两端分别连接前端传感光纤和后端传感光纤。其优点在于：首先，结构中采用了脉冲泵浦光源和掺铒光纤，不但可以放大前向的光信号，还能够放大背向散射光；其次，结构中使用了滤波器，可以过滤掉不需要的波长，减小了光噪声，有效延长了光纤探测距离。

Description

一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，尤其是指一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器。

背景技术

分布式光纤传感装置是基于光线背向散射原理，当激光脉冲在光纤中传输时，光纤中会不断产生拉曼散射(斯托克斯、反斯托克斯)、瑞利散射及布里渊散射等散射光，其中一部分会反方向传输到“源头”，我们称这部分散射光为“后向散射光”。

在分布式光纤传感装置中，散射信号强度随着探测距离的增加呈指数关系下降，在不降低装置信噪比的情况下，通常有两种方法，一是提高光源入射功率，二是提高接收电路灵敏度和动态范围。但提高光源入射功率将加大光纤中的非线性效应，在功率高于一定水平之后，反而使得探测距离变小。另外，目前接收机的灵敏度已到极限，通常很难提高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器，在利用0TDR原理对环境振动、应力等物理参数进行监控时，通过实现对传输信号以及后向散射信号的双重放大来达到延长光纤探测距离的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器，包括脉冲信号光源、脉冲泵浦光源、第一波分复用器、前端传感纤、后端传感光纤和无源部分，所述无源部分包括第一耦合器、第一光隔离器、第一掺铒光纤、第一光滤波器、第二掺铒光纤、第二光滤波器、第一光环路器，所述脉冲信号光源与脉冲泵浦光源分别连接第一波分复用器的两个端口，第一波分复用器的另一端口连接前端传感光纤，其特征在于：所述无源部分的两端分别连接前端传感光纤和后端传感光纤。

所述前端传感光纤连接无源部分的第一耦合器的一个端口，第一耦合器的另两个端口分别连接第一光隔离器和第二光滤波器，第一光隔离器连接第一掺铒光纤，第一掺铒光纤连接第一光滤波器，第一光滤波器连接第一光环路器的一个端口，第一光环路器的另两个端口分别连接后端传感光纤和第二掺铒光纤，第二掺铒光纤连接第二光滤波器。

作为本发明的一种优选方案，在所述无源部分内增加设置第二波分复用器、第三波分复用器、第二光环路器、第四波分复用器、第三光滤波器、第四光滤波器和第二光隔离器，所述脉冲信号光源和脉冲泵浦光源分别连接第一波分复用器的两个端口，第一波分复用器的另一端口连接前端传感光纤，前端传感光纤连接第二波分复用器的一个端口，第二波分复用器的另两个端口分别连接第二光环路器的一个端口和第一耦合器的一个端口，第二光环路器的另两个端口分别连接第三波分复用器的一个端口和第三光滤波器，第三波分复用器的另两个端口分别连接第四光滤波器和第一耦合器的一个端口，第四光滤波器连接第一掺铒光纤，第一掺铒光纤连接第一光滤波器，第一光滤波器连接第一光环路器的一个端口，第一光环路器的另两个端口分别连接后端传感光纤和第四波分复用器的一个端口，第四波分复用器的另两个端口分别连接第二光隔离器和第一耦合器的第三个端口，第二光隔离器连接第二掺铒光纤，第二掺铒光纤连接第三光滤波器，第三光滤波器连接第二光环路器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，结构中采用了脉冲泵浦光源和掺铒光纤，不但可以放大前向的光信号，还能够放大背向散射光；其次，结构中使用了滤波器，可以过滤掉不需要的波长，减小了光噪声，有效延长了光纤探测距离。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明优选方案结构示意图。

图中：

1、脉冲信号光源，2、脉冲泵浦光源，3、第一波分复用器，4、前端传感光纤，5、第一耦合器，6、第一光隔离器，7、第一掺铒光纤，8、第一光滤波器，9、第二波分复用器，10、第二掺铒光纤，11、第二光滤波器，12、第一光环路器，13、后端传感光纤，14、第三波分复用器，15、第二光环路器，16、第四波分复用器，17、第三光滤波器，18、第四光滤波器，19、第二光隔离器。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示：一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器，包括脉冲信号光源1、脉冲泵浦光源2、第一波分复用器3、前端传感光纤4、后端传感光纤13和无源部分，所述无源部分包括第一耦合器5、第一光隔离器6、第一掺铒光纤7、第一光滤波器8、第二掺铒光纤10、第二光滤波器11和第一光环路器12，所述脉冲信号1与脉冲泵浦光源2分别连接第一波分复用器3的两个端口，第一波分复用器3的另一端口连接前端传感光纤4，其特征在于：所述无源部分的两端分别连接前端传感光纤4和后端传感光纤13。

所述前端传感光纤4连接无源部分的第一耦合器5的一个端口，第一耦合器5的另两个端口分别连接第一光隔离器6和第二光滤波器11，第一光隔离器6连接第一掺铒光纤7，第一掺铒光纤7连接第一光滤波器8，第一光滤波器8连接第一光环路器12的一个端口，第一光环路器12的另两个端口分别连接后端传感光纤12和第二掺铒光纤10，第二掺铒光纤10连接第二光滤波器11。

所述遥泵光放大器的运作过程如下：由脉冲信号光源1输出脉冲信号光，由脉冲泵浦光源2输出泵浦光，通过第一波分复用器3将两束光耦合进前端传感光纤4中，再进入第一耦合器5中将耦合光分成两束，其中一束耦合光通过第一光隔离器6进入第一掺铒光纤7中进行放大，放大后的耦合光再通过第一光滤波器8过滤掉耦合光中泵浦光和自发辐射波长的光，剩下的被放大的脉冲信号光再通过第一光环路器12进入后端传感光缆13中，至此，脉冲光信号实现了光放大。放大后的脉冲传感光信号在沿后端传感光缆13传输中产生的背向散射光信号经第一光环路器12进入第二掺铒光纤10中，在第二掺铒光纤10放大后再进入第二光滤波器11，在第二光滤波器11中过滤掉第二掺铒光纤10中产生的自发辐射噪声，然后背向散射光再分别沿着第一耦合器5、前端传感光纤4、第一波分复用器3进入脉冲信号光源1，再进入传感主机之中进行处理。由第一耦合器5分出的另一束耦合光经过第二光滤波器11进入第二掺铒光纤10中，用来对从后端传感光纤13进来的背向散射光进行放大。

实施例二：

如图2所示：作为本发明的一种优选方案，所述脉冲信号光源1和脉冲泵浦光源2分别连接第一波分复用器3的两个端口，第一波分复用器3的另一端口连接前端传感光纤4，前端传感光纤4连接第二波分复用器9的一个端口，第二波分复用器9的另两个端口分别连接第二光环路器15的一个端口和第一耦合器5的一个端口，第二光环路器15的另两个端口分别连接第三波分复用器14的一个端口和第三光滤波器17，第三波分复用器14的另两个端口分别连接第四光滤波器18和第一耦合器5的一个端口，第四光滤波器18连接第一掺铒光纤7，第一掺铒光纤7连接第一光滤波器8，第一光滤波器8连接第一光环路器12的一个端口，第一光环路器12的另两个端口分别连接后端传感光纤13和第四波分复用器16的一个端口，第四波分复用器16的另两个端口分别连接第二光隔离器19和第一耦合器5的第三个端口，第二光隔离器连接19连接第二掺铒光纤10，第二掺铒光纤10连接第三光滤波器17，第三光滤波器17连接第二光环路器15。

所述遥泵光放大器的运作过程如下：由脉冲信号光源1输出脉冲信号光，由远程脉冲泵浦光源2输出脉冲泵浦光，通过第一波分复用器3将两束光耦合进前端传感光纤4中，耦合光再进入第二波分复用器9，第二波分复用器9将输入的耦合光再分为脉冲泵浦光和脉冲信号光，其中脉冲泵浦光进入第一耦合器5，第一耦合器5将脉冲泵浦光分成两束，其中第一束脉冲泵浦光进入第三波分复用器14，另一束脉冲泵浦光进入第四波分复用16。由第二波分复用器9输出的脉冲信号光经过第二光环路器15进入第三波分复用器14，在第三波分复用器14中，脉冲信号光与从第一耦合器5分出的第一束脉冲泵浦光混合，然后混合的脉冲信号光和脉冲泵浦光经过第四光滤波器18进入第一掺铒光纤7进行放大，放大的混合脉冲信号光和脉冲泵浦光经过第一光滤波器8，第一光滤波器8将混合光中的泵浦光及自发辐射波长的光都过滤掉，剩下的放大的脉冲信号光再经第一光环路器12进入后端传感光纤13中，至此，脉冲光信号实现了光放大。放大后的脉冲光信号在沿后端传感光缆13传输过程中产生的背向散射光信号经第一光环路器12进入第四波分复用器16，在第四波分复用器16中与从第一耦合器分出的另一束脉冲泵浦光进行混合，混合光再经第二光隔离器19进入第二掺铒光纤10对背向散射光进行放大。放大后的背向散射光再顺序经过第三光滤波器17、第二光纤环路器15、第二波分复用器9、前端传感光纤4、第一波分复用器3传输进入脉冲信号光源1，再进入传感主机进行处理。

相对于实施例一而言，实施例二通过设置两个滤波器，使得信号光只会通过第一掺铒光纤7这一路，从而避免了因为直接进入第一波分复用器5而衰减3db，进一步增大了进入后端传感光纤13的信号光光强。

Claims

1.一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器，包括脉冲信号光源、脉冲泵浦光源、第一波分复用器、前端传感光纤、后端传感光纤和无源部分，所述无源部分包括第一耦合器、第一光隔离器、第一掺铒光纤、第一光滤波器、第二掺铒光纤、第二光滤波器、第一光环路器，所述脉冲信号光源与脉冲泵浦光源分别连接第一波分复用器的两个端口，第一波分复用器的另一端口连接前端传感光纤，其特征在于：所述无源部分的两端分别连接前端传感光纤和后端传感光纤。

2.根据权利要求1所述的一种用于分布式光纤传感的遥泵光放大器，其特征在于：所述前端传感光纤连接无源部分的第一耦合器的一个端口，第一耦合器的另两个端口分别连接第一光隔离器和第二光滤波器，第一光隔离器连接第一掺铒光纤，第一掺铒光纤连接第一光滤波器，第一光滤波器连接第一光环路器的一个端口，第一光环路器的另两个端口分别连接后端传感光纤和第二掺铒光纤，第二掺铒光纤连接第二光滤波器。。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤微弯损耗的在线监测栅栏装置，其特征在于：所述脉冲信号光源和脉冲泵浦光源分别连接第一波分复用器的两个端口，第一波分复用器的另一端口连接前端传感光纤，前端传感光纤连接第二波分复用器的一个端口，第二波分复用器的另两个端口分别连接第二光环路器的一个端口和第一耦合器的一个端口，第二光环路器的另两个端口分别连接第三波分复用器的一个端口和第三光滤波器，第三波分复用器的另两个端口分别连接第四光滤波器和第一耦合器的一个端口，第四光滤波器连接第一掺铒光纤，第一掺铒光纤连接第一光滤波器，第一光滤波器连接第一光环路器的一个端口，第一光环路器的另两个端口分别连接后端传感光纤和第四波分复用器的一个端口，第四波分复用器的另两个端口分别连接第二光隔离器和第一耦合器的第三个端口，第二光隔离器连接第二掺铒光纤，第二掺铒光纤连接第三光滤波器，第三光滤波器连接第二光环路器。