用于分布式光纤传感的全光纤激光器
光学fib效应
光学Fib效应，通常指的是光纤中的非线性效应。
在光纤通信和光纤激光器等领域，光纤的非线性效应是一个重要的研究课题，因为它们会影响到光信号的质量和传输效率。
以下是一些常见的光纤非线性效应：1. 自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）：当光脉冲在光纤中传播时，由于介质的非线性特性，光脉冲的相位会随着强度的变化而变化，这种现象称为自相位调制。
SPM会导致光脉冲的相位谱展宽，从而影响信号的传输质量。
2. 非线性损耗（Nonlinear Loss）：在光纤中，当光强度超过一定阈值时，介质会表现出非线性损耗，这通常是由于光引起的介质的折射率变化导致的。
非线性损耗会导致光脉冲的能量随着传输距离的增加而逐渐减少。
3. 增益饱和（Gain Saturation）：在光纤激光器中，激光增益介质（如掺杂的光纤）在强光场作用下会表现出饱和特性，即增益随着输入光强度的增加而减少。
这种效应限制了激光器的最大输出功率。
4. 四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）：当两个或多个不同频率的光波在光纤中传播时，它们会相互作用并产生新的频率成分。
这种效应可以用于波长转换和光信号处理，但也可能引起信号失真。
5. 光纤中的布里渊散射（Brillouin Scattering）：这是一种声子与光子相互作用的现象，会导致光脉冲的频率和相位发生变化。
布里渊散射可以用于分布式光纤传感，但也可能对通信信号造成干扰。
6. 非线性折射（Nonlinear Refraction）：当光脉冲在光纤中传播时，由于介质的非线性特性，折射率会随着光强度的变化而变化，这会影响光脉冲的传播速度和形状。
这些非线性效应通常在光纤中同时存在，它们的影响可以通过适当的信号调制、光纤设计和管理策略来减轻。
在设计和优化光纤通信系统和光纤激光器时，必须考虑这些非线性效应。
fp激光器应用场景
fp激光器应用场景光纤激光器，或称FP激光器，由于其高效率、高稳定性、长寿命和光束质量高等优点，在许多领域都有广泛的应用。
以下是FP激光器在不同领域的主要应用场景。
一、通信领域光纤激光器在通信领域的应用主要基于其光束质量好、调制速度高、传输距离远等特性。
在光纤通信网络中，FP激光器作为光源，用于生成光信号，通过光纤进行高速、大容量的数据传输。
此外，光纤激光器还在光通信系统的光放大、光复用、光解复用等方面发挥关键作用。
二、科学研究在科学研究中，光纤激光器作为一种强大的工具，可用于各种高精度、高效率的实验。
例如，在物理、化学、生物学等领域，光纤激光器被用于产生超短脉冲、超强光场、单光子等特殊光束，用于研究物质的基本性质和行为。
此外，光纤激光器还在光谱分析、光学成像等领域有广泛应用。
三、工业制造在工业制造中，光纤激光器主要用于激光切割、激光焊接、激光打标等工艺。
由于其高能量密度和良好的光束质量，光纤激光器能够实现高效、高质量的加工，同时减少材料热损伤和加工后的变形。
在汽车、电子、航空航天等行业中，光纤激光器的应用极大地提高了生产效率和产品质量。
四、医疗保健光纤激光器在医疗保健领域的应用主要涉及激光治疗、生物组织标记与成像等方面。
通过特定波长的激光照射，光纤激光器可用于治疗各种皮肤疾病、眼科疾病等。
同时，利用激光的独特性质，还可以进行生物组织的标记与成像，用于诊断疾病和研究生物组织结构。
五、军事应用在军事领域，光纤激光器可用于激光雷达、激光制导、激光通信等方面。
通过发射特定波长的激光，光纤激光器可用于目标探测与识别、武器制导和通信加密等任务。
此外，光纤激光器还可用于制造高能激光武器，提高军事防御和攻击能力。
六、环境监测光纤激光器在环境监测中主要用于气体分析和光谱分析。
通过测量气体分子对特定波长激光的吸收光谱，可实现对大气中污染气体浓度的高精度测量。
同时，光纤激光器还可用于水体质量监测、土壤成分分析等领域，为环境保护和治理提供重要技术支持。
分布式光纤振动传感技术及其重要安防应用
分布式光纤振动传感技术及其重要安防应用作者：叶青蔡海文来源：《科学》2017年第02期分布式光纤振动传感技术作为光纤传感技术的发展前沿，在周界安防和重大基础设施安全监控等领域具有独特的技术优势，近年来备受各国科技界和工业界的关注。
着当今国际社会不稳定因素的不断上升，随世界各国对国家核心要害部门和重大基础设施的安全越来越重视，对相关安全监测技术的要求也越来越高。
基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤振动传感技术，对沿光纤链路的扰动入侵可以进行远程探测和实时监控，克服了常规点式光纤传感器难以对被测对象进行全方位连续监测的缺陷。
在传感探测距离、事件精确定位、隐蔽性、环境适应性等方面具有不可替代的优势，是近年来国内外重点发展的战略性新兴产业。
分布式光纤振动传感的技术原理分布式光纤振动传感技术主要是采用窄线宽单频激光作为探针光源，通过检测和相干解调光纤中后向瑞利散射信号来实现对外界微小扰动信息的提取和识别。
由于采用了相干接收，大大提高了系统探测灵敏度，延长了工作距离，缩短了信号获取时间。
这种探测机制可以避免普通光时域反射计（OTDR）信号处理采用的多次平均，允许利用每次扫描取得的数据，这就使分布式传感器具备更强的动态信息传感能力。
通过对不同回波时间相位信息做移动差分，就可以获得相应位置光波传输相位的空间（光纤轴向）变化信息。
通过对重复扫描的相位数据做时间差分，就可以获得相应位置的振动信息，从而实现对外界扰动信号的动态实时感知。
分布式光纤振动传感的关键技术基于相位解调分布式光纤振动传感的关键技术主要分成两部分：低噪声单频激光器技术和信号相干解调技术。
低噪声单频激光器技术低噪声、高稳定度超窄线宽单频光纤激光器由于具有极窄光谱线宽（千赫量级）、超低频率噪声和强度噪声、良好的相干特性（相干长度达到几十公里甚至上百公里），在远距离分布式光纤传感、相干激光雷达、光纤水听器、引力波探测、相干激光通信等高精度的激光相干探测领域有着非常广泛的应用前景。
基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的_光时域反射计光纤分布式传感系统
第28卷 第3期光 学 学 报Vol.28,No.3 2008年3月ACTA OP TICA SINICA March,2008文章编号:025322239(2008)0320569204基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的<2光时域反射计光纤分布式传感系统谢孔利1 饶云江1,2 冉曾令11电子科技大学宽带光纤传输和通信网技术教育部重点实验室,四川成都6100542重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室,重庆400044摘要 提出了一种基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的<2光时域反射计光纤分布式传感系统。
传感光缆采用普通单模光纤制成的直径3mm的细光缆,并埋设于室外。
入侵者走在光缆上面或附近产生的压力(振动)导致光纤中瑞利散射光相位发生变化,由于干涉作用,光相位变化将引起光强度的变化,通过实时将当前时刻的<2光时域反射计后向瑞利散射信号与其前一时刻(时间间隔0.1s)的后向瑞利散射信号连续相减检测这种干涉效应来定位入侵位置。
经适当的数据处理后,该传感系统定位精度可达到50m(为目前报道的<2光时域反射计传感系统最高定位精度),定位范围可达到14km,信噪比约为12dB,且灵敏度较高。
该系统可望能广泛用于军事基地、国界、核设施及监狱等重要场所的安全防范。
关键词 光纤光学;光纤分布式传感;光时域反射计;相位敏感光时域反射计;入侵检测中图分类号 TP212.14 文献标识码 ADis t ri b ut ed Op t ical Fi be r S e ns i n g S ys t e m B as ed of R a ylei g h S ca t t e ri n g L i g ht<2O TD R Us i n g Si n gle2Mode Fi be r L as e r wi t h Hi g h P owe ra n d N a r r ow L i newi dt hXie Kongli1 Rao Yunjiang1,2 Ran Zengling11K ey L abor ator y of B roa dba n d Op tical Fiber Tr a ns mission&Com m u nica tion Networ ks,Mi nist r y of Ed uca tion, U niversi t y of Elect ronics Scie nce&Tech nology of Chi n a,Che ngd u,Sich ua n610054,Chi n a 2K ey L abor a tor y of Op to2Elect ronic Tech nology&Syste ms,Mi nist r y of Ed ucation,Chongqi ng U niversit y,Chongqi ng400044,Chi n aAbs t r act A phase2sensitive optical2time2domain2reflectometer(<2O TDR)using a fiber laser with high power and narrow linewidth is described.The sensing element is a single2mode telecommunication fiber cable with a3mm diameter buried outdoors.The p hase changes of Rayleigh scattering light resulting f rom the p ressure(vibration)of the int ruder on the ground immediately above or near the buried fiber.By subt racting a p resent<2O TDR t race signalf rom an earlier one with a time difference of0.1s,the system can locate the int rusion point where the opticalintensity will change for the reason of interference.By p rocessing the returned signal p roperly,a distance range of 14km can be reached,with the best spatial resolution of～50m reported to date,and a signal2to2noise ratio of～12 dB,to the best of our knowledge.Such a dist ributed sensing system is anticipated to be used widely in safety monitoring of military bases,national boarders,nuclear facilities,elect rical power generation stations,jails,et al..Key w or ds fiber optics;dist ributed fiber2optic sensor;optical2time2domain2reflectometer;phase2sensitive optical2 time2domain2reflectometer(<2O TDR);int rusion sensing 收稿日期:2007206227;收到修改稿日期:2007209205基金项目:教育部博士点基金(A0901010120060614017)资助课题。
(完整版)分布式反馈激光器
DFB分布式反馈激光器091041A 谢伟超DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。
DFB激光器将布拉格光栅集成到激光器内部的有源层中（也就是增益介质中），在谐振腔内即形成选模结构，可以实现完全单模工作。
目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓(GaSb）、砷化镓（GaAs）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。
设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称动态单模半导体激光器。
实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，靠光栅的反馈来实现纵模选择。
这种结构还能够在更宽的工作温度和工作电流范围内抑制模式跳变，实现动态单模。
分布反馈半导体激光器（DFB－LD）,在DFB－LD中，光栅分布在整个谐振腔中，所以称为分布反馈。
因为采用了内部布拉格光栅选择波长，所以DFB－LD的谐振腔损耗有明显的波长依存性，这一点决定了它在单色性和稳定性方面优于一般的F－P腔激光器。
结构及工作机理DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，如图2—81所示。
图中光栅的周期为A，称为栅距。
当电流注入激光器后，有源区内电子——空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。
在DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅条间入射光和反射光的方向恰好相反。
满足上式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作。
式也称为分布反馈条件（一般m取1）。
DFB－LD的光栅是完全均匀对称的，使得其发光出现了两个主模同时振荡的现象。
dfb光纤激光器原理
dfb光纤激光器原理
DFB光纤激光器原理
DFB光纤激光器（Distributed Feedback Fiber Laser），是一种基于光纤的激光器。
与传统的光纤激光器相比，DFB光纤激光器具有更高的输出功率、更窄的光谱线宽和更稳定的输出特性。
它在通信、光纤传感、激光雷达等领域具有广泛的应用。
DFB光纤激光器的原理主要包括光纤光栅耦合机制、光纤光栅增益耦合机制和光纤反馈机制。
光纤光栅耦合机制是DFB光纤激光器实现单模输出的关键。
光纤光栅是通过在光纤中形成周期性折射率变化的结构，使得只有特定波长的光能够在光纤中传输。
光纤光栅的周期和折射率变化的幅度决定了传输的波长。
通过调整光纤光栅的参数，可以实现激光器的单模输出。
光纤光栅增益耦合机制是DFB光纤激光器实现高增益的关键。
在DFB光纤激光器中，光纤光栅不仅起到耦合作用，还能够增强光纤中激光的增益。
光纤光栅的周期和折射率变化的幅度可以调节激光的增益特性，从而实现高增益的输出。
光纤反馈机制是DFB光纤激光器实现稳定输出的关键。
光纤激光器在工作过程中，会自发辐射出一部分光，这部分光会被光纤光栅反
馈回激光器中，形成光纤激光器的输出。
通过调整光纤光栅的参数，可以实现激光器的稳定输出。
DFB光纤激光器是利用光纤光栅耦合机制、光纤光栅增益耦合机制和光纤反馈机制实现高效、稳定的激光输出的激光器。
它具有窄的光谱线宽、高的输出功率和稳定的输出特性，广泛应用于通信、光纤传感和激光雷达等领域。
未来，随着光纤技术的不断发展，DFB 光纤激光器有望在更多领域展现出更大的应用潜力。
分布式光纤传感技器
（1）衰减死区 从反射点开始到接收机恢复到后向散射电平约0.5dB的范围内的这段距离。 也就是OTDR能再次测试损耗和衰减的点。 （2）事件死区 从OTDR接收到的反射点开始，到OTDR恢复到最高反射点1.5dB以下这段 距离。在这以后才能发现是否还有地二个反射点，但还不能测试损耗和衰 减。
由光源、传感、信号处理和显示三部分组成。
光源
光纤耦合器
光探测器
光放大器
被测光纤 示波器 信号处理
关键技术：① 大功率、窄脉冲输出，② 低噪声、高灵敏度光探测，
5
③ 高速率信号处理
6 分布式光纤传感器的特征参量
① 空间分辨率 对沿传感光纤的长度分布的被测量进行测量时所能分辨的最小空间距离
。影响因素： 脉冲的持续时间，探测器的响应时间。
▪ 30 km的FGC-30拉曼测温系统，其空间分辨率为3m、
温度分辨率为0.1℃、测温范围为0～+100℃
测温原理
斯托克斯光：波长大于入射光 反斯托克斯光：波长小于入射光
Is 斯托克斯光光强 Ias 反斯托克斯光光强
温度变化
测温原理：Ias/Is＝ae-kcv/kT
Is不变 Ias变化
光源
耦合器
35
ROTDR——传感原理
拉曼散射由分子热运动引起，所以拉曼散射光 可以携带散射点的温度信息。
反斯托克斯光的幅度强烈依赖于温度，而斯托 克斯光则不是。则通过测量斯托克斯光与反斯 托克斯光的功率比，可以探测到温度的变化。
由于自发拉曼散射光一般很弱，比自发布里渊 散射光还弱10dB，所以必须采用高输入功率， 且需对探测到的后向散射光信号取较长时间内 的平均值。
② 时间分辨率 传感器对被测量进行测量时，达到被测量的分辨率所需的时间。表征传
分布式光纤传感器 分类
分布式光纤传感器1. 简介分布式光纤传感器（Distributed Fiber Optic Sensor，简称DFOS）是一种利用光纤作为传感器的传感技术。
光纤传感器将光纤作为传感元件，通过测量光纤中的光信号的改变，实现对物理量的测量和监测。
相比传统传感器，分布式光纤传感器具有全光电传输、大范围、高灵敏度、抗电磁干扰等优点，被广泛应用于工业、军事、交通、环境监测等领域。
2. 工作原理分布式光纤传感器的工作原理基于光纤中的光信号的改变。
一般来说，光纤传感器可以通过两种方式实现对物理量的测量：基于光纤的干涉原理和基于光纤的散射原理。
2.1 基于光纤的干涉原理基于光纤的干涉原理是利用光纤中的光信号的干涉现象来测量物理量。
光纤传感器一般采用光纤的两个光束进行干涉，通过测量干涉光信号的强度或相位变化，来获得物理量的信息。
2.2 基于光纤的散射原理基于光纤的散射原理是利用光纤中的光信号的散射现象来测量物理量。
光纤传感器通过测量散射光信号的强度、频谱或时间延迟等参数的变化，来获得物理量的信息。
3. 分类根据传感原理、传感方式和应用领域的不同，分布式光纤传感器可以分为多个分类。
下面将介绍几种常见的分类方式。
3.1 基于传感原理的分类根据传感原理的不同，可以将分布式光纤传感器分为基于干涉原理和基于散射原理的两类。
3.1.1 基于干涉原理的分布式光纤传感器基于干涉原理的分布式光纤传感器主要包括光纤干涉仪、光纤布拉格光栅传感器等。
这类传感器通过测量光纤中的干涉光信号的强度或相位变化，实现对物理量的测量。
3.1.2 基于散射原理的分布式光纤传感器基于散射原理的分布式光纤传感器主要包括光纤布里渊散射传感器、光纤拉曼散射传感器等。
这类传感器通过测量光纤中的散射光信号的强度、频谱或时间延迟等参数的变化，实现对物理量的测量。
3.2 基于传感方式的分类根据传感方式的不同，可以将分布式光纤传感器分为连续式和离散式两类。
3.2.1 连续式分布式光纤传感器连续式分布式光纤传感器是指将光纤作为连续的传感元件，沿着被测量对象的长度方向进行布置，实现对整个长度范围内物理量的测量。
FBGDFBFP三类激光器的比较分析
FBGDFBFP三类激光器的比较分析FBG（Fiber Bragg Grating）激光器、DFB（Distributed Feedback）激光器和FP（Fabry-Perot）激光器是三种常见的光纤激光器。
它们在结构、工作原理、性能等方面有很大的差异。
下面，我将对它们进行比较分析。
首先，从结构上看，FBG激光器和DFB激光器都采用了光纤光栅，而FP激光器则是基于Fabry-Perot腔。
光纤光栅可以通过改变光纤的折射率分布来实现波长选择性反射，而FP激光器中的Fabry-Perot腔则是由两面反射镜构成的。
其次，从工作原理上看，FBG激光器和DFB激光器都是基于布拉格散射原理工作的，利用光栅的回波特性产生激光输出。
而FP激光器则是基于共振腔效应工作的，激光通过腔内的反射镜来得到增强。
再次，从性能上看，FBG激光器和DFB激光器具有较窄的光谱宽度和较高的光谱纯度，可以实现单纵模输出。
它们还具有较好的频率稳定性和较低的噪声水平，适用于需要精确频率输出的应用场景。
而FP激光器的光谱宽度较宽，有时候会出现多模输出，频率稳定性和噪声水平相对较差。
此外，FBG激光器和DFB激光器可以通过改变光栅的周期和折射率分布来实现波长调谐。
而FP激光器则需要调整腔内反射镜之间的距离来实现波长调谐。
最后，从应用领域上看，由于FBG激光器和DFB激光器具有较好的频率稳定性和光谱纯度，它们适用于光纤通信、光纤传感和光谱分析等领域。
而FP激光器则适用于光纤传感、光纤传输和光纤惯性导航等应用。
综上所述，FBG激光器、DFB激光器和FP激光器在结构、工作原理、性能和应用领域上存在差异。
选择合适的激光器要根据具体需求和应用场景来进行综合考虑。
分布反馈光纤激光器水听器
分布反馈光纤激光器水听器王金玉;常军;刘统玉;王昌;霍佃恒【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2009(22)5【摘要】本文介绍了一种新型的基于分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的光纤水听器系统.系统采用非平衡M-Z光纤干涉仪的解调方法和相位补偿的零差检测方式.实验结果表明,未封装的DFB-FL对微弱的振动信号非常灵敏,并且能获得准确的声音信号.【总页数】4页(P53-56)【作者】王金玉;常军;刘统玉;王昌;霍佃恒【作者单位】山东省科学院激光研究所,山东济南,250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南,250061;山东大学信息科学与工程学院,山东济南,250100;山东省科学院激光研究所,山东济南,250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南,250061;山东微感光电子有限公司,山东济南,250014;山东省科学院激光研究所,山东济南,250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南,250061;山东微感光电子有限公司,山东济南,250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南,250061;山东微感光电子有限公司,山东济南,250014【正文语种】中文【中图分类】TP73【相关文献】1.分布反馈式光纤激光水听器阵列研究进展 [J], 毛欣;黄俊斌;顾宏灿;孙洋2.一种耐静压分布反馈式光纤激光水听器探头设计 [J], 陆祈祯; 黄俊斌; 顾宏灿; 汪云云3.分布反馈光纤激光器阵列中外腔反馈特性研究 [J], 郝歌扬;吴国俊;吕沛;王皓;刘博4.分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵实验研究 [J], 唐波;黄俊斌;顾宏灿;毛欣5.分布反馈光纤激光器水听器设计与实验 [J], 蒋奇;隋青美;徐于超;杜怀光;胡德波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
窄线宽光纤激光器的应用
窄线宽光纤激光器的应用单频光纤激光器具有线宽超窄、频率可调、相干长度超长以及噪声超低等独特性能，借用微波雷达上的FMCW技术可对超远距离的目标进行超高精度的相干探测，从而会改变市场对光纤传感、激光雷达和激光测距等固有观念，继续把激光器应用革命进行到底。
光库通讯提供的单频光纤激光器拥有世界上独一无二的美国专利技术，可以十分低地成本解决激光光束质量和激光功率的矛盾，从而研制出了该款极具竞争优势的单频可调光纤激光器。
关键词：5cm腔长 FMCW 混频相干探测AFR光纤激光器的特点光库通讯提供的1550nm光纤激光器最大的特点就是线宽超窄至2Khz，频率稳定性好于10Mhz，具有超长相干长度和超低噪声，就是比世界上最好的DFB激光器都高出2个数量级。
该款激光器输出功率可达150mW，边模抑制比高于50dB，热调协范围20Ghz，同时兼备50Mhz/V的线性PZT调制功能。
除了对人眼安全的1550nm激光器外，光库通讯还提供同样性能的1000nm左右的光纤激光器，同时2000nm 的光纤激光器也正在计划之中。
将来，光库通讯还会推出波长覆盖1000-1550nm全光纤化的单频、高功率脉冲光纤激光器。
欢迎您的关注。
核心技术请见图1为我们激光器的结构图，激光器腔由左右两端的光纤光栅和中间极短的有源光纤组成。
该设计方案充分利用了我们美国合作方的专利技术，高浓度、铒/镱离子共掺有源光纤可以确保我们的激光器的腔长度少于5cm，这是传统光纤技术所不可能完成的任务！如此短的腔长极合适超高稳定性和跳模自由的单频激光工作。
该种激光器的线宽典型值为2Khz，而且都是线偏光输出。
结构紧凑和高稳定性能的光纤激光器就可以在如此短的激光腔基础上完成制作。
图1：激光器结构在光纤传感中的应用光库通讯的超窄线宽光纤激光器可以应用于分布式光纤传感系统，对远至10公里的目标进行探测、定位和分类。
它的基本应用原理就是频率调制连续波技术（FMCW），该技术能为核电站，石油/天然气管道，军事基地以及国防边界提供低成本的、全分布式的传感安全保护。
【国家自然科学基金】_分布式光纤传感_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
107 botdr,分布式监测 108 botda
推荐指数 5 5 4 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 分布式光纤传感 光纤光栅 布里渊散射 布里渊光时域反射计 分布式光纤传感技术 光纤传感 健康监测 裂缝检测 结构健康监测 温度监测 温度 流速 智能拉索 分布式光纤传感器 全尺度监测 高效系统 马赫-曾德干涉仪 预制基桩 面形检测 长期监测 长期在线 钢绞线 钢桥面铺装 连续波调频 连续分布式光纤传感 载荷监测 裂缝扩展 网络 结构监测 纤维增强树脂光纤(frp-of)筋 纤维增强树脂-光纤复合筋 系统集成 管道安全预警 空分复用技术 盾构机 相干检测 相位解调 盒段 环氧沥青混凝土 状态非线性 火灾探测 温度自补偿 温升 渗漏 混凝土 波长偏移 波分复用技术 波分复用 泄漏检测 模型试验 桩身内力 曲线拟合
布里渊型分布式光纤传感器BOTDA
布里渊型分布式光纤传感器BOTDA全程分布式温度/应变监测连续监测距离：大于100km温度测量精度：±1℃应变测量精度：±20με光纤即为传感器，现场无需供电抗电磁干扰，本质安全产品简介：诺驰光电的布里渊型分布式光纤传感器BOTDA采用国际上最先进的布里渊光时域分析技术，是最新一代的分布式传感器。
该传感器采用普通的通信单模光纤，光纤既是传输介质，又是传感元件，将光纤敷设于待测体上，即可实时获得光纤上每一点的温度和应变分布信息，实现超长距离的连续在线监测与精确定位。
诺驰光电的BOTDA基于专利技术设计，集光电、硬件、计算机和信息处理等高新技术于一体，测量距离长达100km、温度测量精度1℃、应变测量精度20με，技术指标国际先进；同时由于采用光信号为载体，不受电磁干扰，本质安全，使用寿命长，适于恶劣环境下工作，在海底光电复合缆、OPGW/OPPC、长输油气管道、桥梁、大坝、地质灾害监测等领域具有重要应用。
测量原理OPGW/OPPC本身带有单模通信光缆（12/24芯甚至更多），光纤有富余。
布里渊光纤传感器BOTDA利用其中2芯富余的普通单模光纤即可实现温度、应变的实时在线监测。
BOTDA设备置于变电所或监控中心，该设备引出的光纤经接续盒与OPGW/OPPC中2芯光纤的一端连接，2芯光纤的另一端相互熔接构成测量环路。
实时监测数据可通过网络传输至中央控制中心或远程客户端。
BOTDA测量原理示意图技术优势温度和应变连续分布式测量，无测量盲区采用通信单模光纤，充分利用冗余光纤100公里的超长测量距离，测量信息丰富光纤即为传感器，兼具传输与传感于一体可精确定位事件位置光信号传输，完全电绝缘，抗电磁干扰频域绝对偏码，测量精度高，无需校正本质安全，适于易燃易爆环境下长期工作测量稳定可靠，误报率低性能特点温度和应变同时测量（专利技术）测量距离长：100km测量时间快：40s测量精度高：1℃，20με（0.002%）集成高性能OTDR功能，实时监测故障点（专利技术）采用标准通信单模光纤，充分利用冗余光纤友好的用户软件，提供可视化界面②取决于光缆材料③阶跃温度/应变10%-90%所对应的距离产品应用：海底光电复合缆监测OPGW/OPPC监测长输油气管道监测 高压电缆测试桥梁健康监测水利大坝渗漏监测。
一种响应平坦的宽带高灵敏度分布反馈光纤激光水听器
一种响应平坦的宽带高灵敏度分布反馈光纤激光水听器徐华;王昌;彭纲定;张晓磊;王英英;孙志慧;祁海峰;宋志强;倪家升【摘要】采用聚氨酯材料制作的梭形结构对分布反馈(DFB)光纤激光器进行封装,在驻波管校准声场对其进行测试,由OPD4000相位解调仪精确测量光纤激光水听器的相移量.通过测试和数据分析,得到1 kHz处DFB光纤激光水听器的相位-声压灵敏度为-122.6 dB re md/μPa,相当于3.8 nm/MPa;在10 Hz ～ 10kHz整个频段内频响曲线非常平坦,波动小于±9 dB,并且信噪比与标准压电水听器相当.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2013(026)004【总页数】5页(P46-50)【关键词】分布反馈光纤激光水听器;频响;声压灵敏度【作者】徐华;王昌;彭纲定;张晓磊;王英英;孙志慧;祁海峰;宋志强;倪家升【作者单位】山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南250014;新南威尔士大学,澳大利亚悉尼 2052;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南 250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南 250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南 250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南 250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南 250014;山东省光纤传感技术重点实验室,山东省科学院激光研究所,山东济南 250014【正文语种】中文【中图分类】TP212.1光纤水听器具有高灵敏度、大动态范围、抗电磁干扰和易于大规模复用组阵等独特优势，在海军反潜、能源勘探、海洋渔业及水声物理研究等各领域有广阔的应用前景［1-4］。
分布式光纤传感系统原理（BOTDR）
分布式光纤传感系统原理
T0时布里渊散射图
激光器, o
T = To
散射材料
分布式光纤传感系统原理
T1时的布里渊频移
激光器, o
T = T1 > To
散射材料
分布式光纤传感系统原理
T2时的布里渊频移
T = T2 > T1 > To
激光器, o
散射材料
分布式光纤传感系统原理
Brillouin 增益, x 10 -11 m/W 不同频率, GHz
Position,
m
全增益谱（频率反应）
150m 光纤
热点
Gain
1.10
1.05
1.00
Frequen1c0y.3,
10.4
GHz
10.5
10.6 0
150
50
100
Position,
m
全增益谱（频率反应）
增益
波长扫描
波长, GHz
距离, km
DiTeSt-STA201 系统结构
EDFA
DFB Laser
E/O Modulator
Control DSP Card
High speed Data
Acquisition
Optical Filter
1x2 optical switch
Optical Port 1
Optical Port 2
Touchscreen Panel PC
Database
布里渊分布式传感器
Omnisens 探测技术:
• 基于 probe signal 的技术（用于波长的控制与扫描）
波长扫描后记录探测强度
DiTeSt 测试系统
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第37卷 第6期中 国 激 光Vol.37,No.62010年6月CHIN ES E J OURNAL OF LAS ERSJ une ,2010 文章编号:025827025(2010)0621501204用于分布式光纤传感的全光纤激光器高存孝1 朱少岚1,2 冯 莉1 宋志远1,2 曹宗英1 何浩东1 牛林全1,21中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西西安7101192中国科学院研究生院,北京100049摘要 报道了一台适用于分布式光纤传感的全光纤激光器。
激光器基于主振荡功率放大(MOPA )技术,种子光源为半导体激光器,放大器为掺铒光纤放大器。
实现了重复频率和脉冲宽度分别独立可调的激光输出,中心波长为1550nm ,光谱的3dB 带宽小于0.2nm ,获得的最高峰值功率为1.1kW ,输出的激光脉冲中放大自发辐射(ASE )功率分数的最大值低于10%。
关键词 激光器;光纤激光器;掺铒光纤放大器;分布式光纤传感中图分类号 TN248.1 文献标识码 A doi :10.3788/CJL 20103706.1501A n All Fi be r L as e r f o r Dis t ri but ed Op t ical Fi be r S e ns o rGao Cunxiao 1 Zhu Shaolan 1,2 Feng Li 1 Song Zhiyuan 1,2 Cao Zongying 1He Haodong 1 Niu Linquan 1,21St a te Key L abor ator y of Tr a nsie nt Op tics a n d Photonics ,Xi ′a n I nstit ute of Op tics a n d Precision Mecha nics ,Chi nese Aca de m y of Sciences ,Xi ′a n ,S ha a nxi 710119,Chi n a2Gr a d ua te U niversit y of Chi nese Aca dem y of Scie nces ,Beiji ng 100049,Chi n aAbs t r act An all fiber laser which is suitable for dist ributed optical fiber sensor is reported.The laser is based on thetechnique of master 2oscillator 2power 2amplifier (MOPA ),whose seed laser is a laser diode and amplifier is Er 3+doped fiber amplifier.The laser operates in wavelength of 1550nm with the tunable repetition rate and the p ulsewdith ,and the 3dB width is less than 0.2nm.The maximum peak power 1.1kW of laser p ulse is obtained ,and the power of amplified spontaneous emission (AS E )in the outp ut pulse is less than 10%in all condition.Key w or ds lasers ;fiber laser ;Er 3+doped fiber amplifier ;dist ributed optical fiber sensor 收稿日期:2010203222;收到修改稿日期:2010204216作者简介:高存孝(1979—),男,助理研究员,主要从事脉冲光纤激光器、放大器以及脉冲半导体激光器技术等方面的研究。
E 2mail :cxgao @1 引 言分布式光纤传感技术是集光、机、电为一体的综合性技术,具有寿命长、耐高电压、抗电磁干扰和系统简单等优点,可以实现连续的空间温度测量、气体泄漏的在线监测等,目前已经广泛用于电力冶金、石油化工、交通运输和火灾预防报警等诸多领域[1～4]。
在分布式光纤传感系统中光纤既作为传输通道,同时又是传感的功能元件,可以非常容易地获得链路上被测量参数的空间分布和时间变化信息,这是传统光纤传感所无法比拟的。
目前的分布式光纤传感技术主要有:基于光纤拉曼散射或布里渊散射的光时域反射及频域反射技术、基于光纤瑞利散射的偏振光时域反射技术、长距离光干涉技术、菲涅耳反射技术以及准分布式光纤布拉格光栅复用技术等[5～12]。
这些技术分别有各自的特点,适合于不同的应用场合。
对于基于光纤拉曼散射的光时域反射技术而言,其工作原理是利用光纤背向拉曼散射的温度效应,即光纤所处空间各点的温度场能够改变光纤中背向拉曼散射光的强度,通过测量拉曼反射光的强度就可以得到相应的温度值,并使用光时域反射技术来确定所测温度点的位置。
这种分布式光纤传感技术系统结构简单、成本低和应用范围广,目前已经实现了10km 以上的测量距离,是一种很有市场前景的技术。
中 国 激 光37卷由于分布式拉曼散射光纤传感是基于光时域反射原理来实现测量的,因此其光源必须是具有一定功率的脉冲光源,并且要容易耦合进入光纤。
常用的光源有直接调制高功率半导体激光器,通过空间耦合进入到光纤里[13],其优点是结构简单,缺点是使用空间耦合装置,稳定性较差,调制时需要大电流脉冲,电路干扰大。
还有一种是通过外调制器将光纤输出的高功率激光调制成脉冲激光,该方法的稳定性和激光输出的特性较好,但是过于复杂,激光功率浪费多,效率低。
此外,光纤调Q 激光器可以获得激光脉冲输出,但其脉冲宽度较宽,重复频率和脉冲宽度不能单独调节,而且波形一般不是矩形[14,15]。
本文报道的激光器采用主振荡功率放大(MO PA )技术,种子光源为光纤输出的半导体激光器,其中心波长为1550nm ,光谱宽度小于0.2nm ,放大器采用掺铒光纤放大器,输出激光的重复频率和脉冲宽度分别独立可调,最大峰值功率为1.1kW 。
整个激光器采用光纤熔接的方法,实现了全光纤化,使得激光器结构紧凑、稳定可靠,非常适合作为分布式光纤传感的光源。
2 实验装置脉冲全光纤MOPA 激光器的实验装置结构示意图如图1所示。
种子光源是中心波长为1550nm 的分布反馈(DFB )半导体激光器,内部封装有半导体制冷器(TEC ),可以通过外部电路实现温度控制,从而使输出波长稳定。
采用电流脉冲信号对该半导体激光器直接调制,激光器输出矩形脉冲的脉冲宽度在9～25ns 范围内可调谐,重复频率在1～10k Hz 范围内可调谐,种子光源输出的峰值功率为40mW 。
激光放大器为Nufern 公司生产的型号为EDFC9802H P 的单模掺铒光纤,其在976nm 波长处的吸收系数约为3dB/m 。
抽运光源为单模(SM )光纤耦合输出的功率为100mW ,波长为976nm 的半导体激光器,通过980nm 光纤分束器将抽运光功率按40:60的比例一分为二,并分别和两个980nm/1550nm 的波分复用器(WDM )连接,将抽运光耦合进掺铒光纤。
两段增益光纤的长度分别为4.5m 和8m ,使用光纤隔离器隔离开来,用以防止反馈光造成的干扰,并使用带通滤波器滤除放大器中产生的放大自发辐射(ASE )光,以防止前级放大器中产生的ASE 对后级放大器造成饱和而使信号光放大效率下降。
在不同的重复频率和脉冲宽度下放大器获得的最小增益大于32dB ,在重复频率为1k Hz ,脉冲宽度为9ns 时,获得了峰值为1.1kW 的脉冲输出。
采用Lecroy8600型示波器(带宽6GHz )和Newfocus1142(带宽45GHz )光电探测器测量脉冲的时域波形,用Ando 6315A 光谱仪(最高精度为0.05nm )测量激光器的输出光谱,激光脉冲的输出功率由Spect ra 2Physics 407光功率计测量。
图1全光纤脉冲MOPA 激光器结构示意图Fig.1Configuration of all 2fiber pulse MOPA laser3 实验结果及讨论由于半导体激光器可以直接用电流进行调制,因此可以通过电路的设计来实现输出激光脉冲的可调谐,针对该种子半导体激光器特性以及光纤传感的应用要求设计了一套基于数字电路的脉冲电流源,在该电路的驱动下种子激光器实现了脉冲宽度在9～25ns 范围内可调谐,重复频率在1～10k Hz 范围内可调谐。
种子激光器在不同脉冲宽度调制下输出的时域波形如图2所示,其输出波形的脉冲宽度和电脉冲宽度基本一致。
由于数字电路所用芯片精度和电路板设计等方面的限制,使得脉冲宽度有一定程度的抖动,并且随着重复频率的降低和脉冲宽度的增加而增加,最大的脉冲宽度抖动小于500p s 。
图3为重复频率1k Hz ,脉冲宽度25ns 时的多次脉冲波形叠加的结果,示波器采用上升沿触发,从后沿抖动可以看出脉冲宽度约有500p s 的抖动。
在各种调制情况下的最小抖动约为200p s 。
在放大器抽运光功率为80mW 时,测量了不同调制频率和脉冲宽度下光纤放大器的输出功率,激20516期高存孝等: 用于分布式光纤传感的全光纤激光器图2重复频率1k Hz 时种子激光的时域波形Fig.2Output pulse temporal trace of seed laserat repetition rate of 1kHz图3重复频率1k Hz ,脉宽25ns 时脉冲多次叠加的结果Fig.3Overlap of multipulse at repetition of 1k Hzand pulsewdith of 25ns光脉冲的最大峰值功率出现在重复频率为1k Hz ,脉冲宽度为9ns 的位置,这时功率值为1.1kW ,其峰值抖动小于5%,在其他调制情况下最大的峰值抖动小于5%,最小的峰值抖动小于3%。
用示波器记录了经过光纤放大器后的脉冲时域波形,如图4所示。
从对图4和图2的对比结果中可以看出脉冲波形顶部变得不再平坦,出现了向下的倾斜,并且随着脉冲宽度的增加变得更加明显。
产生这种现象的原因是由掺铒光纤放大器中所谓的瞬态增益特性造成的[16],即增益光纤中的反转粒子数在不同的种子脉冲传输时会随时间变化,当多个脉冲同时通过放大器时,前面脉冲对后面脉冲的行为将会产生影响,本实验中则是单个脉冲的前沿对后沿产生了影响。