【摘要】：布里淵光時域反射(Brillouin optical time-domain reflectometry, BOTDR)技術是一種分布式光纖傳感技術,其工作原理在于布里淵散射光的頻移和功率均與應變和溫度相關,通過測量脈沖光在光纖中傳輸時產(chǎn)生的后向自發(fā)布里淵散射光的頻移與功率來實現(xiàn)光纖沿線應變與溫度的測量。多模聲波導光纖,是指具有復雜折射率分布且有多個聲學激發(fā)模式的光纖,這些特征決定了在多模聲波導光纖中前向傳播的單模泵浦光會激發(fā)出多個模式的后向布里淵散射光,布里淵增益譜(Brliiouin Gai n Spectrum, BGS)表現(xiàn)為多峰形態(tài)。代表不同聲學模式的多峰布里淵散射光在后向傳播過程中相互作用產(chǎn)生光學拍,會形成峰值頻率為百兆赫茲量級的布里淵拍頻譜(Brillouin Beat Spectrum, BBS)。本文的研究工作之一,是在基于BBS探測的布里淵光時域反射技術中,提出對任意多模聲波導結構光纖的應變與溫度系數(shù)進行理論計算的方法。該計算方法可篩選用于基于BBS的光纖傳感系統(tǒng)中的高靈敏度光纖,并用于指導設計高應變與高溫度靈敏度的多模聲波導光纖。本文的另外一個研究工作,是將拉曼放大與零差BOTDR相結合,設計了基于拉曼放大的零差BOTDR系統(tǒng)。提出了一種基于拉曼放大的零差布里淵光時域反射技術,在實現(xiàn)對應變和溫度快速單端測量的同時,可實現(xiàn)傳感距離或測量精度的提高。該方法通過拉曼放大提高多峰布里淵譜的峰值功率,實現(xiàn)布里淵拍頻峰功率的提升,可有效提高傳感系統(tǒng)的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和傳感距離。仿真結果表明,所提出的方法在不降低測量精度和測量速度的情況下,在本文的測量條件下可使光纖傳感的距離提高11倍。
[Abstract]:Brillouin optical time domain reflectance (Brillouin optical time-domain reflectometry, BOTDR) technology is a distributed optical fiber sensing technology. Its working principle is that the frequency shift and power of Brillouin scattering light are dependent on strain and temperature. The strain and temperature along the fiber are measured by measuring the frequency shift and the power of the self-released Brillouin scattering light generated by the pulse light propagating in the fiber. Multimode acoustic waveguide fiber is a fiber with complex refractive index distribution and multiple acoustic excitation modes. These characteristics determine that single mode pumping light propagating forward in multimode acoustic waveguide fiber can excite multiple modes of Brillouin scattering light. Brillouin gain spectrum (Brliiouin Gai n Spectrum, BGS) shows multi-peak morphology. The interaction of multi-peak Brillouin scattering light representing different acoustic modes produces optical beat during backward propagation, which results in the formation of Brillouin beat spectrum (Brillouin Beat Spectrum, BBS). With a peak frequency of 100 megahertz. In the Brillouin optical time domain reflectance technique based on BBS detection, a theoretical calculation method for strain and temperature coefficients of arbitrary multimode acoustic waveguide fiber is presented in this paper. This method can be used to screen high-sensitivity optical fibers in the optical fiber sensing system based on BBS and to guide the design of multi-mode acoustic waveguide fibers with high strain and high temperature sensitivity. Another work of this paper is to design a BOTDR system based on Raman amplification by combining Raman amplification with homodyne BOTDR. A novel optical time domain reflectance technique based on Raman amplification is proposed. The sensing distance or measurement precision can be improved by fast single end measurement of strain and temperature. In this method, the peak power of Brillouin spectrum is increased by Raman amplification, and the peak power of Brillouin beat frequency is raised. The signal-to-noise ratio (signal-to-noise ratio, SNR) and sensing distance of the sensing system can be improved effectively. The simulation results show that the proposed method can increase the optical fiber sensing distance by 11 times without reducing the measurement accuracy and measuring speed.
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN253

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張旭蘋;王峰;路元剛;;基于布里淵效應的連續(xù)分布式光纖傳感技術[J];激光與光電子學進展;2009年11期

2 張超;饒云江;賈新鴻;萇亮;冉曾令;;基于雙向拉曼放大的布里淵光時域分析系統(tǒng)[J];物理學報;2010年08期

3 馬慶;;基于虛擬儀器的布里淵信號的采集和識別[J];硅谷;2011年11期

4 解占林;王英民;王奇;魚海濤;;基于動態(tài)布里淵線寬的海水溫度反演[J];激光技術;2012年04期

5 徐捷,陳鈺明,何國珍;受激布里淵后向散射的模式及時間特性[J];中國激光;1984年05期

6 徐至展,錢愛娣,張文琦,唐永紅;受激布里淵側向散射的光譜特征[J];科學通報;1985年07期

7 丁迎春,呂志偉,何偉明;種子光與抽運光能量比對布里淵放大的影響[J];物理學報;2002年12期

8 丁迎春,呂志偉,何偉明;相遇時間對布里淵放大的影響[J];光學學報;2002年07期

9 丁迎春,呂志偉,何偉明;受激布里淵放大光脈沖波形的研究[J];物理學報;2003年09期

10 哈斯烏力吉,呂志偉,何偉明,王雙義;利用不同介質進行布里淵放大的研究[J];物理學報;2005年02期

相關會議論文 前6條

1 劉航杰;;布里淵型分布式光纖傳感器的設計與實現(xiàn)[A];中國光學學會2011年學術大會摘要集[C];2011年

2 李芳菲;崔啟良;李敏;賈茹;楊凱鋒;張劍;周強;鄒廣田;;高溫高壓條件下氨的布里淵散射光譜研究[A];第十四屆全國光散射學術會議論文摘要集[C];2007年

3 李長江;楊經(jīng)國;;聚苯乙烯的受激布里淵散和光損傷[A];全國第三屆光散射學術會議論文摘要[C];1985年

4 何偉明;劉紅博;哈斯;呂志偉;;微弱光信號布里淵放大的噪聲抑制研究[A];豫贛黑蘇魯五省光學（激光）學會聯(lián)合學術2012年會論文摘要集[C];2012年

5 王月珠;陳德應;鞠有倫;王騏;馬祖光;;用被動式受激布里淵相位共軛腔改善光束質量[A];中國物理學會光散射專業(yè)委員會成立十周年暨第六屆學術會議論文集（下冊）[C];1991年

6 陳德應;王月珠;鞠有倫;馬祖光;;用主動式受激布里淵相位共軛腔獲得優(yōu)質強激光[A];中國物理學會光散射專業(yè)委員會成立十周年暨第六屆學術會議論文集（下冊）[C];1991年

相關博士學位論文 前9條

1 徐榮輝;多波長布里淵摻鉺光纖激光器及其應用研究[D];南京大學;2015年

2 王雙義;基于布里淵放大的激光串行組束中若干關鍵問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

3 高瑋;高放大率低噪聲布里淵放大技術及光譜特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

4 何周;布里淵型光纖陀螺關鍵問題研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

5 李存磊;基于多波長光源的布里淵光纖傳感系統(tǒng)研究[D];南京大學;2012年

6 梁浩;基于序列編碼探測脈沖的布里淵光纖傳感器的研究[D];南京大學;2011年

7 何建平;全尺度光纖布里淵分布式監(jiān)測技術及其在土木工程的應用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

8 洪偉;窄線寬布里淵光纖激光器與布里淵光纖陀螺相關技術研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

9 周會娟;基于受激布里淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)及其應用研究[D];國防科學技術大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 趙航;全氟碳系列介質的SBS百皮秒脈沖壓縮及布里淵放大特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 Sanogo Diakaridia;長距離布里淵光時域分析系統(tǒng)的優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 滕雷;基于布里淵動態(tài)光柵的高精度分布式橫向壓力傳感器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 詹偉偉;布里淵光時域反射傳感技術中頻譜信號的分析研究[D];南京大學;2014年

5 王雪;基于多模聲波導光纖的布里淵光時域反射技術研究[D];南京大學;2015年

6 張贊;微弱光信號的低噪聲布里淵放大的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

7 方文磊;布里淵放大噪聲抑制與雙信號競爭放大研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

8 李宏亮;光纖中雙峰布里淵增益及其應用研究[D];清華大學;2011年

9 陳義;基于布里淵放大的非共線激光組束研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

10 鄧坤;基于拉曼放大及脈沖編碼組合技術的布里淵光時域分析系統(tǒng)研究及應用[D];電子科技大學;2012年

，

本文編號：2394253