水声传感光纤的轴向增敏方法技术

本发明专利技术公开了一种水声传感光纤的轴向增敏方法，该方法以弯曲不敏感单模光纤为基础，在分布式光纤水听器上需要高灵敏度测量的光纤位置，沿轴向刻写若干弱反射啁啾光栅，所述弱反射啁啾光栅的两端做切趾处理，光栅强度沿光纤逐步增强，用于增强分布式光纤水听器中光纤的后向瑞利散射。现有分布式光纤水听器通常基于分布式声波传感技术，在光纤中刻写弱反光栅可增强后向瑞利散射，从而有利于提高信噪比和灵敏度。本发明专利技术针对分布式光纤水听器中刻写弱反光栅带来的光纤损耗问题，提出一种对弱反光栅的强度分布进行优化设计的轴向增敏方法，解决现有传感光纤中存在的无法同时保证光纤高散射强度和低损耗的技术问题。高散射强度和低损耗的技术问题。高散射强度和低损耗的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
水声传感光纤的轴向增敏方法


[0001]本申请涉及传感光纤设计领域，尤其涉及水声传感光纤的轴向增敏方法。

技术介绍

[0002]相比于传统的压电水听器，光纤水听器有抗电磁干扰、易于组网等优点。近几年来，一种与传统光纤水听器在原理上有本质不同的光纤水听器取得重要进展。该技术基于相位敏感光时域反射(Φ
‑
OTDR)的分布式光纤声波传感器(DAS)，具有超大阵元数、大规模制备和铺设成本低、耐压耐腐蚀性能好等优点，极具发展潜力。
[0003]基于Φ
‑
OTDR的DAS系统通常由DAS的解调设备和传感光缆组成。在常规的声波探测应用中，DAS系统通常采用通信单模光纤；然而，在水听应用中，基于通信光线的DAS的声压灵敏度远不能满足要求，因此需要对传感光纤进行增敏。
[0004]最直接有效的增敏方法是将光纤连续绕制在柱状弹性体上，例如中科院半导体所演示的分布式光纤水听器方案(Y.Yang,et al.,SPIE,vol.10849,p.108490B,2018)，声压灵敏度达到
‑
141.6dB re rad/μPa。但该方案只演示了单个水听传感单元；若要充分发挥分布式光纤水听器的优势，必须绕制成百上千个水听单元甚至完全连续绕制，这就要求光纤本身的传输损耗和弯曲损耗低。之江实验室报道了采用弯曲不敏感光纤绕制在弹性体上提升了分布式光纤水听灵敏度，达到了
‑
131.0dB re rad/μPa。
[0005]针对这一问题，专利CN204269858U中提出在光纤中使用飞秒激光刻写弱反射点增强后向散射的方法，然而飞秒激光所刻写的光栅损耗较高，极大限制了水听器的探测距离；专利 CN109799573A使用紫外光对光纤进行曝光形成弱反射点，但是这种方式为点式增强，且曝光形成弱反射点所需时间长(S.Loranger,et al.,Sci.Rep.,vol.5,p.11177,2015)，导致光纤制作长度有限。专利US9766396提出了使用弱反射光栅进行散射增强，该方式制作速度快，损耗比弱反射点低，然而由于采用全连续弱反射光栅，其损耗仍较高。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的是提供水声传感光纤的轴向增敏方法，以解决现有光纤中存在的无法同时保证光纤的光纤高散射强度和低损耗的技术问题。
[0007]根据本申请实施例的第一方面，提供一种水声传感光纤的轴向增敏方法，以弯曲不敏感单模光纤为基础，在分布式光纤水听器上需要高灵敏度测量的光纤位置，沿轴向刻写若干弱反射啁啾光栅，所述弱反射啁啾光栅的两端做切趾处理，光栅强度沿光纤逐步增强。
[0008]进一步地，所述弱反射啁啾光栅为超长光栅，长度1m以上，由若干弱反射光栅单元串联或叠加而成。
[0009]进一步地，所述弱反射光栅单元的反射率在0.001％至0.1％之间，长度在10mm至15mm 之间，所述弱反射啁啾光栅为中心波长在1550nm
±
5nm范围内的啁啾光栅，波长范围覆盖5nm～20nm。
[0010]进一步地，所述切趾处理包括：
[0011]前10～20个所述光栅单元均比前一个光栅单元反射率高0.3dB～1dB，中间至少100个光栅单元保持同一反射率，最后10～20个所述光栅单元均比前一个光栅单元反射率低0.3dB～1dB。
[0012]进一步地，通过所述切趾处理形成的切趾弱反射啁啾光栅为反射率逐渐增强的非均匀散射增强结构。
[0013]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0014]由上述实施例可知，本申请中的光纤主体采用弯曲不敏感单模光纤，可以将光纤在增敏弹性体上进行绕制，进一步提高分布式光纤水听器的灵敏度；在光纤主体上沿轴向刻写若干弱反射啁啾光栅，且所述弱反射啁啾光栅的刻写位置为分布式光纤水听器上需要高灵敏度测量的位置，刻写时可以通过调整光栅的反射率强度及其轴向分布，可以实现比连续弱反射光栅更低的损耗，从而实现比连续弱反射光栅更长的传感距离，且针对不同的应用需求可以适当改变刻写强度与刻写范围，适用性好。
[0015]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0017]图1是根据一示例性实施例示出的经水声传感光纤的轴向增敏方法处理的光纤的示意图。
[0018]图2是根据一示例性实施例示出的后向散射光分布图，其中的(a)为阶跃型提升光栅的后向散射光分布图，(b)为阶梯型提升光栅的后向散射光分布图。
[0019]图3是根据一示例性实施例示出的切趾光栅处理后的抗弯增敏光纤示意图。
[0020]图4是根据一示例性实施例示出的轴向线性调制后的抗弯增敏光纤示意图。
[0021]图5是根据一示例性实施例示出的一种水听光缆结构示意图。
[0022]图中：
[0023]1、光纤主体；2、弱反射啁啾光栅；3、弱反切趾光栅上升沿；4、弱反切趾光栅中段；5、弱反射光栅下降沿；6、切趾弱反射啁啾光栅；7、增敏弹性体。
具体实施方式
[0024]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0025]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0026]应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0027]图1是根据一示例性实施例示出的经水声传感光纤的轴向增敏方法处理的光纤的示意图，如图1所示，本申请提供的水声传感光纤的轴向增敏方法以弯曲不敏感单模光纤为基础，在分布式光纤水听器上需要高灵敏度测量的光纤位置，沿轴向刻写若干弱反射啁啾光栅2，所述弱反射啁啾光栅2的两端做切趾处理，光栅强度沿光纤逐步增强。
[0028]由上述实施例可知，本申请中的光纤主体1采用弯曲不敏感单模光纤，可以配合特殊传感光缆即增敏弹性体7，进一步提高分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水声传感光纤的轴向增敏方法，其特征在于，以弯曲不敏感单模光纤为基础，在分布式光纤水听器上需要高灵敏度测量的光纤位置，沿轴向刻写若干弱反射啁啾光栅，所述弱反射啁啾光栅的两端做切趾处理，光栅强度沿光纤逐步增强。2.根据权利要求1所述的水声传感光纤的轴向增敏方法，其特征在于，所述弱反射啁啾光栅为超长光栅，长度1m以上，由若干弱反射光栅单元串联或叠加而成。3.根据权利要求2所述的水声传感光纤的轴向增敏方法，其特征在于，所述弱反射光栅单元的反射率在0.001％至0.1％之间，长度在10mm至15mm之间，所述弱反射啁啾光栅为...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩泽文，龚元，曾勇恒，严国锋，龙俊求，饶云江，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：