本文介紹了基于受激布里淵散射（SBS）的布里淵光時域分析（BOTDA）原理與研究現(xiàn)狀;針對布里淵響應(yīng)恒定的DBA（分布式布里淵放大）-BOTDA系統(tǒng)中,傳感距離遠超50 km時,所需泵浦功率顯著增大,且隨待測光纖長度呈指數(shù)增長的問題,提出并實驗展示了多常數(shù)帶寬的泵浦調(diào)制新方案;進一步提出直接探測注入鎖定（IL）雙帶寬泵浦的新思路,不僅很好地補償了超長光纖損耗,并且引入注入鎖定避免了調(diào)幅（AM）噪聲的影響,同時基于調(diào)頻（FM）泵浦直接解調(diào)有效抑制了非局域效應(yīng)。此外,實現(xiàn)了基于頻率梳泵浦并行解調(diào)的長距離DBA-BOTDA相位譜快速測量。具體工作總結(jié)如下:（1）提出多常數(shù)帶寬的泵浦調(diào)制新方案。傳統(tǒng)的基于均勻帶寬調(diào)制的DBA-BOTDA系統(tǒng)存在由于泵浦損耗導(dǎo)致的大范圍低信噪比區(qū)域;而基于指數(shù)帶寬/強度調(diào)制的DBA-BOTDA盡管可實現(xiàn)常數(shù)布里淵響應(yīng),但所需泵浦功率隨著傳感距離呈指數(shù)增長。針對上述問題,我們提出一種基于多帶寬泵浦調(diào)制的DBA-BOTDA新結(jié)構(gòu)。與指數(shù)帶寬/強度調(diào)制相比,泵浦效率可提升⁹dB。與傳統(tǒng)的DBA-BOTDA相比,實驗展示了>4.6dB信噪比（... 

【文章來源】：四川師范大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SBS原理圖

1緒論3212α22PspPAAkkAAAz(1.9)212α22sPssAAkkAAAz(1.10)式(1.7)-(1.10)中ΓA是復(fù)數(shù)，表明受激布里淵散射引起泵浦波和信號波的幅值和相位變化。其中122212/12/12/BBBABBkkgig(1.11)式中g(shù)B=2k1k2/ΓB是布里淵增益系數(shù)，Ω=ΩB-Ω是布里淵頻移ΩB和泵浦-信號頻率差Ω之間的失諧量。上式實部表示SBS導(dǎo)致的布里淵增益，虛部則表示SBS感應(yīng)相移。實部和虛部的頻譜響應(yīng)通常分別稱為布里淵增益譜(BGS)和布里淵相位譜(BPS)，如圖1.2所示。其中增益譜表達式為[2][3]2(ω)12/BBsBgg(1.12)當(dāng)ΔΩ=0時，gB(ωS)=gB到達最大值。BGS的半值全寬(FWHM)為νB=ΓB/(2π)。相位譜的表達式22/φ(ω)12/BBBsBg(1.13)由式(1.13)可知，當(dāng)ΔΩ=0時，φB=0；當(dāng)Ω=±ΓB/2時，φB有最大值。圖1.2布里淵增益譜(BGS)和布里淵相位譜(BPS)1.2.1傳統(tǒng)BOTDA傳感原理基于上述SBS原理可實現(xiàn)布里淵分布式光纖傳感。一束短的泵浦光脈沖和一束連續(xù)波(通常稱為探測波)相向發(fā)射到光纖中。定義脈沖注入的光纖端為近端(z=0)，探測波發(fā)射的光纖端為遠端(z=L，L為傳感光纖長度)。當(dāng)泵浦脈沖與探

四川師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4測波之間的頻率差與布里淵散射共振條件相匹配時，由于SBS相互作用，探測光被放大，表明泵浦與探測波之間發(fā)生了有效的功率轉(zhuǎn)移。對探測光進行掃頻，即可獲得FUT的BGS或布里淵損耗譜(BLS)[6]。經(jīng)洛倫茲曲線擬合可獲得BFS沿光纖的分布，進一步結(jié)合式(1.2)可得出應(yīng)變/溫度分布，此過程稱為布里淵光時域分析(BOTDA)。圖1.3BOTDA傳感系統(tǒng)的測量原理圖(1)頻域(2)時域圖1.3是BOTDA傳感系統(tǒng)的頻域和時域測量原理圖。設(shè)泵浦脈沖光頻率為vp，連續(xù)光頻率調(diào)諧到νCW=νP±νB。當(dāng)νCW=νP+νB時，脈沖光將被連續(xù)光放大，而連續(xù)光經(jīng)歷額外的動態(tài)損耗，稱之為布里淵損耗過程；當(dāng)νCW=νP-νB時，脈沖光的能量減弱，而連續(xù)光則得到增強，稱之為布里淵增益過程。在布里淵損耗過程中，一定程度上連續(xù)光的放大可以部分補償脈沖光的損耗，因此，測量FUT的BLS比BGS效果更佳。1.2.2DBA-BOTDA原理圖1.4DBA-BOTDA傳感原理圖分布式布里淵放大(DBA)是提高BOTDA系統(tǒng)傳感能力的有效方法之一。該技術(shù)利用SBS沿傳感光纖向BOTDA泵浦脈沖和探測提供分布式光放大。因此，泵浦脈沖-探測布里淵相互作用得到增強，有利于BOTDA軌跡的信噪比(SNR)提升。如圖1.4所示，DBA-BOTDA系統(tǒng)中需在光纖遠端額外注入高頻連續(xù)泵浦


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