厘米级分辨率布里渊光纤传感器研究进展_李欢(3)

李欢，李永倩，王虎，等：厘米级分辨率布里渊光纤传感器研究进展

果某一时刻突然将泵浦光关断，泵浦光不再被反射，探测光的放大作用也停止。由于泵浦光关断时间比声子寿命小得多，声波场几乎不会有变化，当恢复泵浦光后，SBS作用也立即恢复。因为泵浦光被关断后光变得很暗，且关断时间很短，因此称为暗脉冲。π-相位脉冲的响应与暗脉冲的类似，可表示为α=γ=1/2，β=-1。

此不同，在高双折射介质条件下，由于正交极化，因此导致在相同空间周期下不同频率的入射光满足不同的布喇格条件。这个声波场引起介质折射率周期性的调制，充当一个移动的光栅反射镜。由于泵浦引起的折射率光栅通过布喇格衍射散射泵浦光，多普勒频移与以声速移动的布喇格光栅有关，散射光产生了频移。即当y极化方向的探测光从光纤一端进入保偏光纤被BDG反射的沿y方向极化的探测光产生频移

π-相位脉冲是在极短时间内泵浦光相位发生180°的

变化，目的是泵浦光与探测光发生破坏性的干涉，此过程等价于损耗性布里渊散射过程。由于一个是关断脉冲，一个是脉冲持续但发生相移，对于相同功率的泵浦光来说，π-相位脉冲的布里渊放大倍数是暗脉冲的2倍[4]。

图1中亮脉冲、暗脉冲由强度型电光调制器

Δf，Δf由保偏光纤的双折射率决定，可以描述为[6]：

·（1）Δf=vs-v1=Δnv1/n

式（1）中，vs为探测光的频率，n是光纤的折射率，v1是泵浦光1的频率，Δn为双折射率。

2.2布里渊动态光栅分布式光纤传感系统

基于布里渊动态光栅的分布式光纤传感系统框图如图4所示。激光器LD发出的光经耦合器分为两路，一路光由EOM1调制成泵浦光1，另一路由EOM2调制成泵浦光2，两束光分别经过EDFA放大、偏振分光镜PBS1、PBS2后进入传感光纤，传感光纤为一段保偏光纤。在保偏光纤中两个x方向极化的泵浦光1、泵浦光2发生SBS作用产生y极化方向的BDG。Probe

EOM2来产生，而产生π-相位脉冲则需要相移型电光

调制器。脉冲持续时间约为几十纳秒，这部分脉冲进入传感光纤充分激发声波场，则系统的空间分辨率由泵浦脉冲的持续时间T决定，如果T小于1ns，就可以达到厘米级的空间分辨率。

2基于布里渊动态光栅的传感技术

2.1布里渊动态光栅原理

最近的研究中提出了布里渊动态光栅（Brillouin

LD作为探测光的光源，y极化方向的探测光经过ED-FA3放大，进入传感光纤被BDG反射，反射回来的探测光经过环形器C1、EDFA4放大以及FBG滤除自发辐射噪声后进入光电检测器PD1检测，最后进行数据

采集与处理。为了保证进入传感光纤的光始终是沿一个确定的极化方向传播，图4所示系统中加入偏振控制器（pol）。

在传统的BOTDA系统中，通过扫频的方式获得布里渊增益谱，而在基于布里渊动态光栅的BOTDA

DynamicGrating，BDG）的概念[5-7]，其产生过程如图3所示。x方向极化的频率分别为v1、v2的泵浦光1、泵

浦光2，从两端入射到保偏光纤，泵浦光1、泵浦光2的极化方向和保偏光纤的慢轴（x轴）平行。在保偏光纤中由于泵浦光1、泵浦光2干涉引起电致伸缩效应，产生一个y极化方向的声波场，且能反射任何偏振态的光，此声波场称为布里渊动态光栅。在各向同性的条件下，如在标准低双折射率光纤中，只有满足布喇格条件的两个相向传播的光发生干涉，频率高的光信号对频率低的光信号有放大作用，发生能量转移。与

图3布里渊动态光栅原理示意图图4

布里渊动态光栅分布式光纤传感系统框图

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2012年第6

期