分布式光纤传感双通道调制光源设计与测试

张晓青; 贾豫东; 董建晶

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.004

分布式光纤传感双通道调制光源设计与测试

1.
北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院测控技术与仪器系, 北京 100192;
2.
北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100101

作者简介: 张晓青(1967-),女,副教授,现主要从事光纤传感技术及先进信号处理的研究。E-mail:zxqbim@163.com.

基金项目:
北京市教委科技计划面上资助项目(KM201411232005);光电测试技术北京市重点实验室资助项目(GDKF2013002);北京市青年拔尖人才培育计划资助项目 (CITTCD201404122)
中图分类号: TN253

Design and test of dual-channel light sources for distributed optical fiber sensing

1.
Department of Measurement and Control Technology and Instrumentation, School of Instrumentation Science & Opto-electronic Engineering, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192, China;
2.
Beijing Key Laboratory for Optoelectric Measurement Technology, Beijing Information Science and Technolgy University, Beijing 100101, China
CLC number: TN253

摘要: 为了满足布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感系统需要频差为布里渊频移的两种激光输出光源的需求,采用布里渊环形腔频移和电光调制的方法设计了双通道光源系统。根据光源的脉冲宽度、重复频率、扫频量等参量,对双通道调制光谱输出进行了仿真,并采用现场可编程门阵列配合直接数字式频率合成器技术的方案建立了系统实验装置,实现了脉冲探测光和扫频抽运光两种激光输出。脉冲探测光输出最小脉宽达10ns,扫频抽运光输出扫频范围达0MHz~90MHz,扫描频率步进值为30Hz,时间步进为1.6s。结果表明,该光源技术参量满足BOTDA系统的要求,不需引入高频微波信号源等高速器件,信号采集模块可采用100MHz以下光电探测器件实现,降低了系统成本。
- 光纤光学 /
- 双通道调制光源 /
- 脉冲光 /
- 扫频光 /
- 布里渊频移 /
- 环形腔
Abstract: For the purpose that a fiber sensor system of Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) needs two light sources of Brillouin frequency shift, a dual-channel light source system was proposed by employing Brillouin ring cavity frequency shift and electro-optic modulation. According to several parameters, pulse width, repetition frequency rate and step of frequency sweeping, the output light spectrum of dual-channel modulation was simulated. Based on field programmable gate array (FPGA) and direct digital synthesizer (DDS) chip, experimental system was setup and both pulse detect light and sweep frequency pulse light could be output from the setup. The minimum pulse width of the detection pulse was 10ns, and the sweep frequency range reached 0MHz~90MHz with a frequency sweep step of 30Hz and a time step of 1.6s. Experimental results show that the dual channel light source can meet the demands of general BOTDA systems, without the necessity of some high speed devices, such as high frequency microwave signal source. Signal acquisition modules can adopt regular photoelectric detectors below 100MHz so as to reduce the system cost.
- fiber optics /
- dual-channel modulation light source /
- pulse light /
- frequency sweep light /
- Brillouin frequency shift /
- ring cavity

[1]	BAO X Y, CHEN L. Recent progress in optical fiber sensors based on Brillouin scattering at university of Ottawa[J]. Photonic Sensors, 2011, 1(2): 102-117.
[2]	GALINDEZ-JAMIOY C A, L'OPEZ-HIGUERA J M. Brillouin distributed fiber sensors an overview and applications[J]. Journal of Sensors, 2012,2012:204121.
[3]	SONG M P. The technique of Brillouin scattering-distributed optical fiber sensing based on microwave electrooptical modulation[J]. Acta Optica Sinaca, 2004, 24(8):1111-1114(in Chinese).
[4]	CHEN F C, HU J C, ZHANG C T, et al. Distributed Brillouin optical fiber temperature sensor based on high frequency microwave technology[J]. Chinese Journal of Lsaers, 2012, 39(6): 1-5(in Chinese).
[5]	URRICELQUI J, ZORNOZA A, SAGUES M, et al. Dynamic BOTDA measurements based on Brillouin phase-shift and RF demodulation[J].Optics Express,2012, 20(24): 26942-26949.
[6]	JIANG S, CHANG J, ZHANG S, et al. A method for eliminating the impact of microwave sweeper power fluctuation in BOTDA system[J]. Photonics Sensors, 2014,4(1): 86-91.
[7]	LI X,ZHAO S H,LI Y J, et al. An automatic bias control method applied to all bias points of electro-optic modulator[J]. Laser Technology, 2013, 37(4): 473-477(in Chinese).
[8]	REN T T,XU C,ZHENG S L, et al. Effect of dither tone-based electro-optic modulator bias control on radio-frequency signal[J]. Laser Journal, 2013, 37(6): 773-776(in Chinese).
[9]	HU J H, ZHANG D W, TAO C X, et al. Research and development of distributed optic fiber sensors based on Brillouin scattering[J]. Laser Journal, 2011, 32(6):1-3(in Chinese).
[10]	HUANG M S, ZENG L, TAO B Q, et al. Parameter calculation of distributed optical fiber strain sensor based on Brillouin scattering[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 1999, 20(2): 137-140(in Chinese).
[11]	DONG J J, ZHANG X Q. Design of broadband frequency-sweep signal generator based on FPGA and AD9854[J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2013, 32(11): 65-69(in Chinese).

[1]	刘东峰 , 陈国夫 , 王贤华 . 结构稳定的掺Er3+光纤环形腔激光器. 激光技术, 1999, 23(4): 231-233.
[2]	陈立 , 鲁平 , 张亮 , 田铭 , 赵水 , 刘德明 . 2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器. 激光技术, 2013, 37(2): 195-197. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.014
[3]	陈建军 , 李林福 . 光强控制非线性布喇格光纤光栅慢光特性研究. 激光技术, 2015, 39(2): 224-227. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.017
[4]	肖平平 , 邓满兰 , 胡红武 . 基于无源腔多波长单模布里渊光纤激光器. 激光技术, 2016, 40(5): 727-729. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.022
[5]	曹涧秋 , 陆启生 . 单模光纤中高阶色散对超高斯光脉冲传播的影响. 激光技术, 2006, 30(2): 209-211,220.
[6]	周小红 , 王黎 , 高晓蓉 , 王泽勇 , 罗斌 . 超短光脉冲通过分布式光纤放大器的传输特性. 激光技术, 2011, 35(2): 278-281. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.037
[7]	潘炜 , 张晓霞 , 罗斌 , 吕鸿昌 , 陈建国 . 环形谐振腔中结构特征参数的优化设计. 激光技术, 2003, 27(3): 229-232.
[8]	尚鸿雁 , 张广军 . 脉冲光照射下一维PSD响应特性的研究. 激光技术, 2005, 29(4): 429-432.
[9]	魏兴春 , 欧攀 , 张春熹 , 贾豫东 , 李大伟 . 单频单偏振窄线宽光纤激光器及其放大研究. 激光技术, 2010, 34(1): 5-7,29. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.01.002
[10]	吉正继 , 武向农 , 殷业 , 肖龙 . 基于高双折射光纤环镜的可调谐光滤波器. 激光技术, 2014, 38(1): 54-57. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.01.012
[11]	李东 , 张晓晖 , 黄俊斌 . 光纤干涉仪输入光偏振态反馈控制理论分析. 激光技术, 2006, 30(2): 126-129.
[12]	李杰雄 , 李波 , 朱广志 , 岳建堡 , 王智用 . 高功率光纤激光器的残留包层光滤除研究. 激光技术, 2017, 41(6): 798-802. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.06.006
[13]	徐庆超 , 刘冀鹏 , 陈建国 , 周鼎富 , 杨泽后 . 解析求解双包层光纤激光器中受激喇曼光的阈值. 激光技术, 2008, 32(1): 1-3,7.
[14]	秦祖军 , 梁国令 , 张文涛 , 叶松 , 熊显名 . 光学差分参量放大布里渊时域分析优化研究. 激光技术, 2016, 40(2): 232-236. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.02.017
[15]	易守天 , 张志勇 , 何海军 , 张信普 , 钱恒 . 脉冲参量对时间门控光频域反射仪性能的影响. 激光技术, 2021, 45(2): 162-167. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.006
[16]	王练 , 雷芳 . 掺铒光纤环形激光器输出波长的研究. 激光技术, 2009, 33(4): 381-383. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.013
[17]	甘桂蓉 . 单模光纤中洛伦兹脉冲传输特性研究. 激光技术, 2010, 34(2): 275-278. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.02.036
[18]	宋扬 , 王丽 . 光纤色散效应对脉冲展宽的影响. 激光技术, 2008, 32(6): 568-571.
[19]	夏彦文 , 唐军 , 孙志红 , 刘华 , 彭志涛 , 徐隆波 , 元浩宇 . 紫外激光脉冲的光纤传输特性研究. 激光技术, 2010, 34(3): 320-322. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.010
[20]	王连亮 , 任钢 , 张艳 , 张彬 , 李丹 , 蔡邦维 . 大气的布里渊散射特性研究. 激光技术, 2003, 27(4): 365-367.

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