受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學傳感領域，尤其涉及一種受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統。
【背景技術】
[0002]分布式光纖測溫傳感系統是一種以光纖為傳感元件的基于OTDR原理的測溫系統，以其無源、本征安全、量化測溫，對電磁干擾不敏感、誤報率低，使用壽命長，維護成本低等優點，在火災報警探測、溫度探測等方面應用越來越廣泛。在許多實際應用中，人們對分布式光纖測溫性能提出了越來越高的要求:測量距離越來越長，響應時間越來越迅速，或者探測單元長度越來越短，溫度分辨率越來越高等，這就要求提高分布式光纖傳感系統的信噪比。
[0003]而提高信噪比，一方面可以提高輸出的脈沖信號功率，另一方面可以降低采集系統的光學的或/和電路的本底噪聲。但是由于后向散射功率只有輸入功率的百萬分之一量級，系統采集到的后向散射信號十分微弱，因此無法通過無限制的降低光電系統的噪聲提高系統信噪比，一旦電路噪聲接近電路元器件的熱噪聲水平就無法繼續降低。更可行的方法是提高輸出脈沖信號的功率。但是注入到傳感光纖的脈沖功率有一定的閾值，一定超出該閾值，光纖中將產生受激布里淵散射和受激拉曼散射，特別是受激拉曼散射的產生，將導致拉曼型分布式光纖測溫系統在解調溫度的過程中產生大的誤差，影響系統的測溫精度和實用價值。
[0004]針對受激拉曼散射的產生，有許多方法被提出來。有的方法采用在光纖路徑中侵入，增加光濾波器濾掉部分拉曼信號，使之不在光纖中累加，從而提升受激拉曼散射的產生閾值，提高系統信噪比。但是該方法需要將整條光纖分成若干段，增加了施工難度。而且分段過程中，每段的受激拉曼散射閾值相對于全段并沒有大提升，而增加的光器件將在每個侵入點增加IdB左右甚至更大的信號衰減，基本抵消了分段帶來的閾值提升，因而效果不佳。也有采用在侵入點增加光延遲線，使得拉曼信號與栗浦信號從時間上分開，避免拉曼信號被不斷累加放大的方法。再有一種是采用二芯光纖，一路信號光纖，一路光纖傳輸高功率栗浦，在侵入點再將栗浦信號注入信號光纖，從而從某種程度上提高受激拉曼散射閾值。但是此二種方法與第一種方法同樣存在本身對受激拉曼散射閾值提高不大而增加的光器件又帶入相當大的信號衰減的問題，因此對系統信噪比提升不大。也有一種方法是，采用拉曼放大器對背向拉曼散射信號進行放大。該方法能帶來一定的信噪比提升，但是需要昂貴笨重復雜的高功率拉曼栗浦，增加施工難度，以及提高了激光器的平均功率，給施工人員帶來了潛在的安全性問題，因此從成本和工程角度大大降低了其實用價值。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述結構復雜、效果欠佳、成本較高的缺陷，提供一種受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種受激拉曼散射抑制裝置中，包括:
[0007]主激光器，用于輸出主激光脈沖；
[0008]從激光器，用于輸出對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制的從激光脈沖，進而降低所述傳感系統的受激拉曼散射閾值；
[0009]合波波分復用器，輸入端與所述主激光器和從激光器連接、輸出端經由一拉曼波分復用器連接至傳感光纖，用于將所述主激光脈沖和從激光脈沖進行合波處理后經由所述拉曼波分復用器輸出至所述傳感光纖。
[0010]在本發明所述的受激拉曼散射抑制裝置中，所述從激光器的從激光脈沖的頻率為所述主激光器的二次拉普頻移頻點。
[0011]在本發明所述的受激拉曼散射抑制裝置中，所述主激光器和從激光器的功率相等。
[0012]在本發明所述的受激拉曼散射抑制裝置中，所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產生以沿所述傳感光纖同步傳播。
[0013]本發明還公開了一種分布式光纖傳感系統，包括:
[0014]主激光器，用于輸出主激光脈沖；
[0015]從激光器，用于輸出對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制的從激光脈沖，進而降低所述傳感系統的受激拉曼散射閾值，其中，所述主激光器和從激光器的功率相等，所述從激光器的從激光脈沖的頻率為所述主激光器的二次拉普頻移頻點；
[0016]合波波分復用器，用于將所述主激光脈沖和從激光脈沖進行合波處理后輸出至傳感光纖；
[0017]拉曼波分復用器，用于將所述合波波分復用器合波處理后的光信號輸入至所述傳感光纖，以及接收所述傳感光纖反饋的背向散射信號；
[0018]控制與采集系統，用于控制所述主激光脈沖和從激光脈沖的頻率，以及控制所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產生以沿所述傳感光纖同步傳播，以及接收所述拉曼波分復用器輸出的背向散射信號，并對所述背向散射信號進行采集和分析處理。
[0019]在本發明所述的分布式光纖傳感系統中，所述控制與采集系統包括:采集控制單元、數模轉換單元、光電轉換單元；
[0020]所述光電轉換單元，用于將接收的背向散射信號轉換為電信號輸出至所述數模轉換單元；
[0021]所述數模轉換單元，用于將接收的電信號進行數模轉換后輸出至采集控制單元；
[0022]所述采集控制單元，用于根據數模轉換后的電信號分析解調出所述傳感光纖中的溫度信號。
[0023]本發明還公開了一種受激拉曼散射抑制方法，所述方法包括:將主激光器輸出的主激光脈沖和從激光器輸出的從激光脈沖通過合波波分復用器進行合波處理后輸出至傳感光纖，其中，所述從激光脈沖用于對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制，進而降低所述傳感系統的受激拉曼散射閾值。
[0024]在本發明所述的受激拉曼散射抑制方法中，所述從激光器的從激光脈沖的頻率為所述主激光器的二次拉普頻移頻點。
[0025]在本發明所述的受激拉曼散射抑制方法中，所述主激光器和從激光器的功率相等。
[0026]在本發明所述的受激拉曼散射抑制方法中，所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產生以沿所述傳感光纖同步傳播。
[0027]實施本發明的受激拉曼散射抑制裝置與方法及分布式光纖傳感系統，具有以下有益效果:本發明通過增加一個從激光器和合波波分復用器，輸入到傳感光纖中的信號同時包括:主激光脈沖和從激光脈沖，從激光脈沖可以對主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制，進而降低傳感系統的受激拉曼散射閾值，從而大大提升系統的受激拉曼散射閾值，提升系統信噪比。進一步的，從激光器被選擇為主激光器的第二拉曼頻移頻點上，當由主激光器激發的受激拉曼散射開始增長時，此部分光信號會被再次激發到二次拉曼頻移點，剛好是從激光器所在頻點，從激光器的存在抑制了二次拉曼頻移點受激拉曼散射的增長，同時抑制第一拉曼頻移點受激拉曼散射的增長，從而提高了受激拉曼散射閾值。本發明不僅結構簡單易實現，而且有效的抑制了受激拉曼散射，從而提高系統信噪比。
【附圖說明】
[0028]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0029]圖1是常規分布式光纖傳感系統的結構示意圖；
[0030]圖2是本發明分布式光纖傳感系統的結構示意圖；
[0031]圖3是常規分布式光纖傳感系統的激光器功率和拉曼散射功率對比圖；
[0032]圖4是本發明分布式光纖傳感系統的激光器功率和拉曼散射功率對比圖。
【具體實施方式】
[0033]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0034]受激拉曼散射抑制裝置可以用于提高激光傳輸效率，下面以其應用于分布式光纖傳感系統進行詳細介紹。首先簡單介紹現有技術中常規分布式光纖傳感系統，參考圖1，圖1是常規分布式光纖傳感系統的結構示意圖。其工作過程如下:開始采集時，采集控制單元100控制激光器101發出激光脈沖，該激光脈沖經光放大器101后輸入到拉曼波分復用器103，并輸出到傳感光纖。激光脈沖在傳感光纖107中與硅原子碰撞產生各向散射信號，其中有一部分散射信號沿激光脈沖傳輸方向的反方向傳播，為背向散射信號，該背向散射信號通過傳感光纖傳輸回分布式光纖測溫系統，即通過拉曼波分復用器103輸出，再經光電轉換單元103和104、數模轉換器105的信號處理轉換后，上傳回饋信號至采集控制單元100，最后解調出溫度信號提供給用戶使用。該系統在激光脈沖的功率超過一定閾值后會產生受激拉曼散射，該受激拉曼散射會與有用的自發拉曼散射疊加，導致解調出的溫度的不可接受的偏差。
[0035]對比，參考圖2，本發明的具有受激拉曼散射抑制功能的分布式光纖傳感系統，包括:主激光器11、從激光器12、合波波分復用器13、拉曼波分復用器14、控制與采集系統。控制與采集系統具體包括:采集控制單元10、數模轉換單元16、兩個光電轉換單元15。
[0036]控制與采集系統的控制端連接至采集控制單元10，在采集控制單元10的控制下同時輸出激光脈沖。主激光器11和從激光器12的輸出端分別連接至合波波分復用器13，合波波分復用器13經拉曼波分復用器14連接至傳感光纖，拉曼波分復用器14還經兩個光電轉換單元15連接至數模轉換單元16，數模轉換單元16連接至采集控制單元10。
[0037]其中，主激光器11，用于輸出主激光脈沖；從激光器12，用于輸出對所述主激光脈沖在傳感光纖中的受激拉曼散射進行抑制的從激光脈沖，進而降低所述傳感系統的受激拉曼散射閾值；合波波分復用器13，用于將所述主激光脈沖和從激光脈沖進行合波處理后輸出至拉曼波分復用器14 ;拉曼波分復用器14用于將所述合波波分復用器13合波處理后的光信號輸入至所述傳感光纖，以及將所述傳感光纖反饋的背向散射信號輸出至所述光電轉換單元15 ;所述光電轉換單元15，用于將接收的背向散射信號轉換為電信號輸出至所述數模轉換單元16 ;所述數模轉換單元16，用于將接收的電信號進行數模轉換后輸出至采集控制單元10 ;所述采集控制單元10，用于根據數模轉換后的電信號分析解調出所述傳感光纖中的溫度信號。
[0038]其中，所述控制與采集系統還用于:控制所述主激光脈沖和從激光脈沖的頻率，以及控制所述主激光脈沖和從激光脈沖同時產生以沿所述傳感光纖同步傳播。
[0039]優選的，所述從激光器12的從激光脈沖的頻率為所述主激光器11的二次拉普頻移頻點，例如對于主激光器11為1064nm脈沖激光器，次激光器12即可為11