專利名稱：一種集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感 器，屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景在分布式光纖傳感器中，利用光纖自發(fā)拉曼散射光強(qiáng)度受溫度調(diào)制的原理 和光時域反射原理組成的分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，具有廣闊的應(yīng)用市 場。國內(nèi)外現(xiàn)有的分布式光纖拉曼光子溫度傳感器由于受到系統(tǒng)信噪比的限制，最大測量距離為30km。本實(shí)用新型人曾利用光纖自發(fā)拉曼散射放大的原理改善 了系統(tǒng)的信噪比(張?jiān)谛?，王劍鋒，劉紅林，余向東等，Insoo S.KIM， 30km遠(yuǎn) 程分布光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，中國激光，2004， 31(5): 613-616.EI (433813429))，最大測量距離為31km，有所改善，但沒有突破〉30km的范圍。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了提高分布式光纖拉曼光子溫度傳感器的測量范圍 和測量精度，提供一種集成光纖拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度 傳感器。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)解決方案是在分布式光纖拉曼光 子溫度傳感器中嵌入分布式光纖拉曼放大器。集成光纖拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分 布式光纖拉曼光子溫度傳感器包括分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，分布式光 纖拉曼放大器以及50km單模光纖和光纖光柵窄帶反射濾波器，分布式光纖拉曼 光子溫度傳感器由半導(dǎo)體脈沖激光器，lx2光纖雙向耦合器，波分復(fù)用器，反斯 托克斯散射光濾波器，斯托克斯拉曼散射光濾波器和兩個光電雪崩二極管組成， 分布式光纖拉曼放大器由泵浦光纖激光器和泵浦-信號光纖耦合器組成；半導(dǎo)體 脈沖激光器和泵浦光纖激光器分別與泵浦-信號光纖耦合器的輸入端相連，泵浦-信號光纖耦合器的輸出端與1x2光纖雙向耦合器的輸入端相連，1x2光纖雙向耦 合器的一個輸出端與50km單模光纖相連，光纖1x2雙向耦合器的另一個輸出端 與光纖光柵窄帶反射濾波器的輸入端相連，光纖光柵窄帶反射濾波器的輸出端 與波分復(fù)用器的輸入端連接，波分復(fù)用器輸出的背向拉曼散射光分成兩路，其 中， 一路為反斯托克斯拉曼散射光，經(jīng)反斯托克斯散射光濾波器與將光信號轉(zhuǎn) 換成電信號,并進(jìn)行放大的第一光電雪崩二極管相連，另一路為斯托克斯拉曼散射光，經(jīng)斯托克斯拉曼散射光濾波器與將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行放大的第 二光電雪崩二極管相連。 工作原理如下半導(dǎo)體脈沖激光器和泵浦光纖激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)泵浦-信號光纖耦合器和 1x2光纖雙向耦合器耦合后輸入50km單模光纖，50km單模光纖各段上產(chǎn)生的 放大的背向瑞利(Rayleigh)散射光、背向斯托克斯和反斯托克斯拉曼(Raman) 散射光經(jīng)1x2光纖雙向耦合器輸入到光纖光柵窄帶反射濾波器，利用光纖光柵 窄帶反射濾波器抑制泵浦光纖激光器在50km單模光纖中產(chǎn)生的背向瑞利散射 光，同時讓50km單模光纖各段上產(chǎn)生的放大的自發(fā)拉曼散射光通過，并進(jìn)入到 波分復(fù)用器，由波分復(fù)用器將背向自發(fā)拉曼散射光分成兩路， 一路背向反斯托 克斯拉曼散射光，經(jīng)反斯托克斯拉曼散射光濾波器濾波后進(jìn)入第一光電雪崩二 極管，轉(zhuǎn)換成電信號F。，并進(jìn)行放大，另一路背向斯托克斯拉曼散射光經(jīng)斯托 克斯拉曼散射光濾波器濾波后進(jìn)入第二光電雪崩二極管，轉(zhuǎn)換成電信號K，并進(jìn)行放大。測量兩個光電雪崩二極管輸出的電信號的比值》，從電信號的比值g 與溫度的關(guān)系(見式l)，可以得到光纖各段處的溫度，從而獲得空間的溫度場分<formula>formula see original document page 5</formula>(1)式中k為波爾茲曼常數(shù)，h為普朗克常數(shù)，^和^分別為光纖上各段的反斯托克斯和斯托克斯拉曼散射頻率，v。為半導(dǎo)體脈沖激光器的頻率，Av為光纖分子振動能級的頻率。50km單模光纖上各段的的自發(fā)拉曼散射光強(qiáng)度受到溫度的調(diào)制，光纖上各段的溫度不同，它的拉曼散射光強(qiáng)度也不同，因此可以利用光纖的自發(fā)拉曼散射溫度效應(yīng)和光纖時域反射(OTDR)原理來制造分布式光纖拉曼光子溫度傳感 器，由光纖時域反射(OTDR)原理對各段光纖的位置進(jìn)行定位。 本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型采用在分布式光纖拉曼光子溫度傳感器中嵌入分布式光纖拉曼 放大器，利用分布式光纖拉曼放大器在光纖中產(chǎn)生光的放大，使分布式光纖拉 曼光子溫度傳感器中半導(dǎo)體脈沖激光不斷地獲得分布式光纖拉曼放大器的放 大，由于放大器的增益克服了光纖損耗，增強(qiáng)了光纖中自發(fā)拉曼散射光的強(qiáng)度， 提高了分布式光纖拉曼光子溫度傳感器系統(tǒng)的信噪比，增大了分布式光纖拉曼 光子溫度傳感器的傳輸距離，提高了測量距離和溫度測量精度。本實(shí)用新型巧 妙地利用了光纖受激拉曼散射效應(yīng)和光纖自發(fā)拉曼散射效應(yīng)，將分布式光纖拉 曼放大器與分布式光纖拉曼溫度傳感器技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了超遠(yuǎn)程分布式 光纖拉曼溫度傳感器。

圖1是本實(shí)用新型的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1，發(fā)明的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感 器，包括分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，分布式光纖拉曼放大器以及50km單 模光纖24和光纖光柵窄帶反射濾波器25，分布式光纖拉曼光子溫度傳感器由半 導(dǎo)體脈沖激光器20, lx2光纖雙向耦合器23，波分復(fù)用器26，反斯托克斯散射 光濾波器27，斯托克斯拉曼散射光濾波器28和兩個光電雪崩二極管29， 30組 成，分布式光纖拉曼放大器由泵浦光纖激光器21和泵浦-信號光纖耦合器22組 成；半導(dǎo)體脈沖激光器20和泵浦光纖激光器21分別與泵浦-信號光纖耦合器22 的輸入端相連，泵浦-信號光纖耦合器22的輸出端與1x2光纖雙向耦合器23的 輸入端相連，1x2光纖雙向耦合器23的一個輸出端與50km單模光纖24相連， 50km單模光纖24上各段的背向瑞利散射光、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射 光通過光纖1x2雙向耦合器23的另一個輸出端與光纖光柵窄帶反射濾波器25 的輸入端相連，光纖光柵窄帶反射濾波器25的輸出端與波分復(fù)用器26的輸入 端連接，波分復(fù)用器26輸出的背向散射光分成兩路， 一路背向反斯托克斯散射光經(jīng)反斯托克斯散射光濾波器27與將光信號轉(zhuǎn)換成電信號,并進(jìn)行放大的第一 光電雪崩二極管29相連，另一路背向斯托克斯拉曼散射光經(jīng)斯托克斯拉曼散射 光濾波器28與將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行放大的第二光電雪崩二極管30相 連。本實(shí)用新型中，所說的半導(dǎo)體脈沖激光器20可以釆用脈沖寬度小于30ns, 波長為1550nm的半導(dǎo)體法布利-白洛(FP)腔的高功率光纖激光器。泵浦光纖激光器21可以釆用波長為1455nm功率可調(diào)光纖拉曼激光器。光纖光柵窄帶反射濾波器25可以釆用波長為1455nm，窄帶光譜間隔為 lnm，反射率高于99.5%，隔離度大于35dB的光纖光柵濾波器。波分復(fù)用器26可以釆用分隔開波長為1450nm譜帶反斯托克斯散光和波長 為1660nm譜帶斯托克斯拉曼散射波的波分復(fù)用器。反斯托克斯散射波濾波器27可以釆用波長為1450nm,帶寬〉30nm、隔離度 >30dB的濾波器。斯托克斯拉曼散射波的濾波器28可以釆用波長為1660nm， 寬帶〉30nm、隔離度〉30dB的濾波器。
權(quán)利要求1.一種集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，其特征是包括分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，分布式光纖拉曼放大器以及50km單模光纖(24)和光纖光柵窄帶反射濾波器(25)，分布式光纖拉曼光子溫度傳感器由半導(dǎo)體脈沖激光器(20)，1x2光纖雙向耦合器(23)，波分復(fù)用器(26)，反斯托克斯散射光濾波器(27)，斯托克斯拉曼散射光濾波器(28)和兩個光電雪崩二極管(29)，(30)組成，分布式光纖拉曼放大器由泵浦光纖激光器(21)和泵浦-信號光纖耦合器(22)組成；半導(dǎo)體脈沖激光器(20)和泵浦光纖激光器(21)分別與泵浦-信號光纖耦合器(22)的輸入端相連，泵浦-信號光纖耦合器(22)的輸出端與1x2光纖雙向耦合器(23)的輸入端相連，1x2光纖雙向耦合器(23)的一個輸出端與50km單模光纖(24)相連，光纖1x2雙向耦合器(23)的另一個輸出端與光纖光柵窄帶反射濾波器(25)的輸入端相連，光纖光柵窄帶反射濾波器(25)的輸出端與波分復(fù)用器(26)的輸入端連接，波分復(fù)用器(26)輸出的背向拉曼散射光分成兩路，其中，一路為反斯托克斯拉曼散射光，經(jīng)反斯托克斯散射光濾波器(27)與將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行放大的第一光電雪崩二極管(29)相連，另一路為斯托克斯拉曼散射光，經(jīng)斯托克斯拉曼散射光濾波器(28)與將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行放大的第二光電雪崩二極管(30)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫 度傳感器，其特征在于所說的半導(dǎo)體脈沖激光器(20)是脈沖寬度小于30ns， 波長為1550nm的半導(dǎo)體法布利-白洛腔的高功率光纖激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫 度傳感器，其特征在于泵浦光纖激光器(21)是波長為1455nm的功率可調(diào)的光 纖拉曼激光器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫 度傳感器，其特征在于光纖光柵窄帶反射濾波器(25)是波長為1455nm，窄帶 光譜間隔為lnm，反射率高于99.5%，隔離度大于35dB的光纖光柵濾波器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫 度傳感器，其特征在于波分復(fù)用器(26)是分隔開波長為1450nm譜帶反斯托克 斯散光和波長為1660nm譜帶斯托克斯拉曼散射波的波分復(fù)用器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，其特征在于反斯托克斯散射波濾波器(27)是波長為1450nm，帶寬 >30nm、隔離度〉30dB的濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫 度傳感器，其特征在于斯托克斯拉曼散射波的濾波器(28)是波長為1660nm， 寬帶〉30nm、隔離度〉30dB的濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型公開的集成拉曼放大器的超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，包括分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，分布式光纖拉曼放大器以及光纖光柵窄帶反射濾波器。采用在分布式光纖拉曼光子溫度傳感器中嵌入分布式光纖拉曼放大器，利用放大器的增益克服了光纖損耗，增強(qiáng)了光纖中自發(fā)拉曼散射光的強(qiáng)度，提高了分布式光纖拉曼光子溫度傳感器系統(tǒng)的信噪比，增大了分布式光纖拉曼光子溫度傳感器的傳輸距離，提高了溫度測量精度。本實(shí)用新型巧妙地利用了光纖受激拉曼散射效應(yīng)，光纖自發(fā)拉曼散射效應(yīng)和光時域反射原理，將分布式光纖拉曼放大器與分布式光纖拉曼溫度傳感器技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了超遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼溫度傳感器。
文檔編號H01S3/06GK201107131SQ200720191219
公開日2008年8月27日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者張?jiān)谛? 王劍鋒 申請人:中國計(jì)量學(xué)院