测量装置、布里渊光时域反射仪及布里渊频移测量系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置、布里渊光时域反射仪及布里渊频移测量系统，所述测量装置包括双偏振相干接收机，接收带有Stokes光和anti‑Stokes光的布里渊散射光信号，以及接收本振光信号；并根据布里渊散射光信号和本振光信号获得X偏振态的两路正交电信号和Y偏振态的两路正交电信号；第一射频90°混合耦合器接收X偏振态的两路正交电信号，根据X偏振态的两路正交电信号得到Stokes光的X偏振态光信号分量和anti‑Stokes光的X偏振态光信号分量；第二射频90°混合耦合器接收Y偏振态的两路正交电信号，并根据Y偏振态的两路正交电信号得到Stokes光的Y偏振态光信号分量和anti‑Stokes光的Y偏振态光信号分量，可准确测量Stokes光和anti‑Stokes光。

Measuring device, Brillouin optical time domain reflectometer and Brillouin frequency shift measuring system

The measuring device, the invention discloses a light Stokes and anti Stokes light Brillouin optical time domain reflectometry and Brillouin frequency shift measurement system, the measurement apparatus includes a double polarization coherent receiver, receiving Brillouin scattering light signal with Stokes light and anti Stokes light, and the light receiving vibration signal; two orthogonal signals get the X polarization of two orthogonal signals and Y polarization based on Brillouin scattering signal and local oscillator light signal; the first RF 90 degree hybrid coupler receives the X polarization of two orthogonal signals, according to the X polarization state of the optical signal components of two orthogonal signals for X polarization Stokes X light polarization state of light the signal component and anti Stokes light; second RF 90 degree hybrid coupler receives the Y polarization of two orthogonal signals, and St based on two orthogonal polarization signals Y Y polarized light signal component okes Y light polarization state of light signal and anti Stokes light, can accurately measure the Stokes light and anti Stokes light.

【技术实现步骤摘要】
测量装置、布里渊光时域反射仪及布里渊频移测量系统
本专利技术涉及分布式光纤传感
，特别是涉及一种斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置、布里渊光时域反射仪及布里渊频移测量系统。
技术介绍
分布式光纤传感技术可以对一段传感光纤沿线所感受到的温度或者扰动等待测物理量进行测量，并能对待测物理量的位置进行定位，从而获得待测物理量沿传感光纤的分布情况。由于分布式光纤传感技术中的传感光纤一般采用普通光纤，成本低，且其传感距离长，因此受到了广泛关注。分布式光纤传感技术主要利用了激光在光纤中的散射效应来进行传感测量。瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射是广泛应用的三种散射现象。其中，布里渊散射对温度和应变都敏感，有希望可以实现对温度和应变的长距离同时测量，因此更加受到重视。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术主要有两大系统架构：一种是布里渊光时域反射仪(Brillouinopticaltimedomainreflectometry，简称BOTDR)，一种是布里渊光时域分析仪(Brillouinopticaltimedomainanalyzer，简称BOTDA)。BOTDA架构需要从传感光纤的两端注入激光，因此在实际工程运用中受到一定限制。而BOTDR架构则只需要从传感光纤的一端注入激光，在工程运用中更加方便，因此更具实用价值。在BOTDR架构中，一个具有较强峰值功率的激光脉冲从传感光纤的一端注入并沿着传感光纤传播。该激光脉冲会在所经过的光纤各处激发出向后传播的自发布里渊散射信号。这个自发布里渊散射信号在激光脉冲的注入端被接收下来并进行分析，从而获得传感光纤沿线的待测物理量的值。一般而言，需要测量出该自发布里渊散射信号的中心频率相对于激光脉冲的频率的偏移量，也就是布里渊频移量，从而通过该布里渊频移量来反演待测物理量的值。有时候，自发布里渊散射信号的功率也能够提供有关待测物理量有价值的信息，因此也需要进行测量。在激光脉冲激发的自发布里渊散射信号中，包含有两部分的信号：一是斯托克斯(Stokes)光，二是反斯托克斯(anti-Stokes)光。Stokes光的中心频率较激光脉冲的频率低，而anti-Stokes光的中心频率较激光脉冲的频率高。一般而言，Stokes和anti-Stokes光具有相同的布里渊频移量，因此二者在光谱上对称的分布在激光脉冲信号的两侧。但是，在BOTDR系统中，产生激光脉冲的激光器由于温度或者注入电流扰动的影响，存在一定的频率漂移。而布里渊散射信号经历了一段光纤传播的时间，当其回到激光脉冲注入端并被接收下来进行分析时，激光器的频率可能已经发生了漂移，从而使得对Stokes和anti-Stokes光的布里渊频移量的测量产生误差。尽管激光器的频率漂移相对于激光的频率而言很小(相对值一般小于10-7)，但是造成的测量值的误差却很显著。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置，可准确测量Stokes光和anti-Stokes光。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置，所述测量装置与布里渊光时域反射仪连接，其中，所述测量装置包括：双偏振相干接收机，分别对应所述布里渊光时域反射仪的光学环形器和激光器设置，用于接收从所述光学环形器中输出的带有斯托克斯光和反斯托克斯光的布里渊散射光信号，以及接收从所述激光器中发出的本振光信号；并根据所述布里渊散射光信号和所述本振光信号获得X偏振态的两路正交电信号和Y偏振态的两路正交电信号；第一射频90°混合耦合器，与所述双偏振相干接收机连接，用于接收所述X偏振态的两路正交电信号，并根据所述X偏振态的两路正交电信号得到斯托克斯光的X偏振态光信号分量和反斯托克斯光的X偏振态光信号分量；第二射频90°混合耦合器，与所述双偏振相干接收机连接，用于接收所述Y偏振态的两路正交电信号，并根据所述Y偏振态的两路正交电信号得到斯托克斯光的Y偏振态光信号分量和反斯托克斯光的Y偏振态光信号分量。可选的，所述双偏振相干接收机包括：偏振分束器，对应所述光学环形器设置，用于将所述布里渊散射光信号号分为布里渊散射P光信号和布里渊散射S光信号；第一分光器，对应所述激光器设置，用于将所述本振光信号分为本振P光信号和本振S光信号；第一90°光学混频器，对应所述偏振分束器和第一分光器设置，用于将所述布里渊散射P光信号和本振P光信号进行光学正交混频处理获得混频P光信号；第二90°光学混频器，对应所述偏振分束器和第一分光器设置，用于将所述布里渊散射S光信号和本振S光信号进行光学正交混频处理获得混频S光信号；第一光电转换单元和第二光电转换单元分别与所述第一90°光学混频器连接，用于将所述第一90°光学混频器输出的混频P光信号进行光电转换，得到X偏振态的两路正交电信号；第三光电转换单元和第四光电转换单元分别与所述第二90°光学混频器连接，用于将所述第二90°光学混频器输出的混频S光信号进行光电转换，得到Y偏振态的两路正交电信号。可选的，所述第一光电转换单元和第二光电转换单元分别包括连接在所述第一90°光学混频器输出端的两个第一光电二极管，并且两个所述第一光电二极管的输出相减；所述第三光电转换单元和第四光电转换单元分别包括并联连接在所述第二90°光学混频器输出端的两个第二光电二极管，并且两个所述第二光电二极管的输出相减。可选的，所述双偏振相干接收机为集成双偏振相干接收机。可选的，所述双偏振相干接收机与激光器之间设置有分光器。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置通过设置双偏振相干接收机、第一射频90°混合耦合器及第二射频90°混合耦合器，可对布里渊光时域反射仪的光学环形器输出的带有斯托克斯光和反斯托克斯光的布里渊散射光信号和激光器中发出的本振光信号进行处理，得到Stokes光的X偏振态光信号分量和anti-Stokes光的X偏振态光信号分量以及Stokes光的Y偏振态光信号分量和anti-Stokes光的Y偏振态光信号分量，从而实现Stokes光和anti-Stokes光的分离测量。本专利技术的目的是提供一种布里渊光时域反射仪，可准确测量Stokes光和anti-Stokes光。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种布里渊光时域反射仪，所述布里渊光时域反射仪包括依次连接的激光器、激光脉冲发生器、光学环形器及传感光纤；其特征在于，所述布里渊光时域反射仪还包括：上述斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置；所述测量装置分别对应所述光学环形器和激光器设置。可选的，所述布里渊光时域反射仪还包括：保偏耦合器，设置在所述激光器的输出端，分别与所述激光脉冲发生器和所述测量装置连接。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术布里渊光时域反射仪BOTDR通过设置斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置，可对布里渊光时域反射仪的光学环形器输出的带有斯托克斯光和反斯托克斯光的布里渊散射光信号和激光器中发出的本振光信号进行处理，得到Stokes光的X偏振态光信号分量和anti-Stokes光的X偏振态光信号分量以及Stokes光的Y偏振态光信号分量和anti-Stokes光的Y偏振态光信号分量，从而实现Stokes光和an本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：双偏振相干接收机，用于接收带有斯托克斯光和反斯托克斯光的布里渊散射光信号，以及接收本振光信号；并根据所述布里渊散射光信号和所述本振光信号获得X偏振态的两路正交电信号和Y偏振态的两路正交电信号；第一射频90°混合耦合器，与所述双偏振相干接收机连接，用于接收所述X偏振态的两路正交电信号，并根据所述X偏振态的两路正交电信号得到斯托克斯光的X偏振态光信号分量和反斯托克斯光的X偏振态光信号分量；第二射频90°混合耦合器，与所述双偏振相干接收机连接，用于接收所述Y偏振态的两路正交电信号，并根据所述Y偏振态的两路正交电信号得到斯托克斯光的Y偏振态光信号分量和反斯托克斯光的Y偏振态光信号分量。

【技术特征摘要】
1.一种斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：双偏振相干接收机，用于接收带有斯托克斯光和反斯托克斯光的布里渊散射光信号，以及接收本振光信号；并根据所述布里渊散射光信号和所述本振光信号获得X偏振态的两路正交电信号和Y偏振态的两路正交电信号；第一射频90°混合耦合器，与所述双偏振相干接收机连接，用于接收所述X偏振态的两路正交电信号，并根据所述X偏振态的两路正交电信号得到斯托克斯光的X偏振态光信号分量和反斯托克斯光的X偏振态光信号分量；第二射频90°混合耦合器，与所述双偏振相干接收机连接，用于接收所述Y偏振态的两路正交电信号，并根据所述Y偏振态的两路正交电信号得到斯托克斯光的Y偏振态光信号分量和反斯托克斯光的Y偏振态光信号分量。2.根据权利要求1所述的斯托克斯光和反斯托克斯光的测量装置，其特征在于，所述双偏振相干接收机包括：偏振分束器，用于将所述布里渊散射光信号分为布里渊散射P光信号和布里渊散射S光信号；第一分光器，用于将所述本振光信号分为本振P光信号和本振S光信号；第一90°光学混频器，对应所述偏振分束器和第一分光器设置，用于将所述布里渊散射P光信号和本振P光信号进行光学正交混频处理获得混频P光信号；第二90°光学混频器，对应所述偏振分束器和第一分光器设置，用于将所述布里渊散射S光信号和本振S光信号进行光学正交混频处理获得混频S光信号；第一光电转换单元和第二光电转换单元分别与所述第一90°光学混频器连接，用于将所述第一90°光学混频器输出的混频P光信号进行光电转换，得到X偏振态的两路正交电信号；第三光电转换单元和第四光电转换单元分别与所述第二90°光学混频器连接，用于将所述第二90°光学混频器输出的混频S光信号进行光电转换，得到Y偏振态的两路正交电信号。3.根据权利要求2所述的斯托克斯光...

【专利技术属性】
技术研发人员：程凌浩，关柏鸥，梁浩，李威，刘伟民，周黎明，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44