一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离Φ-OTDR传感系统及其工作方法与流程

一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离
φ-otdr传感系统及其工作方法
技术领域
1.本发明属于光学技术领域，具体涉及一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统及其工作方法。


背景技术：

2.相位敏感光时域反射计(phase-sensitive optical time-domain reflectometer，φ-otdr)通过提取传感光纤中背向瑞利散射光信号携带外界环境振动信息实现对传感光纤沿线振动事件的监测与提取；没有振动事件发生时，背向瑞利散射信号不随时间变化；当局部位置发生振动事件时，对应位置的背向瑞利散射光信号随时间推移波动起伏，时域差分和时时频变换识别振动位置及表征振动频率信息，具有响应速度快、探测灵敏度高、无盲区等优势，已广泛应用于周界入侵监测、油气管线监测、高压输电线路监测等领域。
3.由于φ-otdr系统中背向瑞利散射光信号微弱且指数衰减，导致传感距离受限。目前已有的提升φ-otdr系统传感距离的技术有掺铒光纤放大器、拉曼放大技术、布里渊放大技术，例如饶云江等人利用一阶双向拉曼放大技术，在100m空间分辨直接探测型φ-otdr系统传感距离提升至62km(rao y j,luo j,ran z l,et al.long-distance fiber-opticφ-otdr intrusion sensing system[j].proceedings of spie the international society for optical engineering,2009,7503)；同时，饶云江等人利用中继多个拉曼放大器实现长距离系统(饶云江,吴慧娟,王杰,等.一种超长距离相敏光时域反射系统:,cn 102706437 b[p].)；王子楠等人利用布里渊放大技术，将10m空间分辨率的相干探测型系统传感距离提升至124km(wang z n,li j,fan m q,et al.phase-sensitive optical time-domain reflectometry with brillouin amplification[j].optics letters,2014,39(15):4313.)；随后，利用二阶正向拉曼放大技术、一阶反向拉曼放大技术和布里渊放大技术，将25m空间分辨率的相干探测型系统传感距离提升至175km(wang z n,zeng j j,li j,et al.ultra-long phase-sensitive otdr with hybrid distributed amplification[j].optics letters,2014,39(20):5866-5869)；周沙等人利用遥泵技术将20m空间分辨率的直接探测型系统传感距离提升至75km(sha z,feng h,shi y,et al.phase-sensitive otdr with 75-km single-end sensing distance based on rp-edf amplification[j].ieee photonics technology letters,2017,29(16):1308-1311)。
[0004]
上述现有方案均有效的改善了系统的传感距离，不足之处在于传感距离有待进一步提升，而且存在中继放大需要供电的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明要解决的问题是实现超长距离传感系统，同时排除中继供电，便于在超长距离监测领域的灵活应用。
[0006]
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0007]
一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统包括：窄线宽光源、一号光纤耦合器、半导体光放大器、声光调制器、一号掺铒光纤放大器、一号环形器、波分复用器、待测光纤、掺铒光纤、脉冲发生器、一号拉曼放大器、一号拉曼放大器、一号掺铒光纤放大器、二号环形器、光纤布拉格光栅、偏振控制器、二号光纤耦合器、光电平衡探测器、检波器和数据采集卡；
[0008]
所述窄线宽光源的光信号输出端与一号光纤耦合器的光信号输入端连通，一号光纤耦合器的两个光信号输出端分别同时与半导体光放大器的光信号输入端和偏振控制器的输入端连通，半导体光放大器的光信号输出端同时与声光调制器的光信号输入端连通，声光调制器的光信号输出端同时与一号掺铒光纤放大器的光信号输入端连通，一号掺铒光纤放大器的光信号输出端同时与一号环形器的第一光信号端口连通，一号环形器的第二光信号端口同时与波分复用器的第一端口连通，一号拉曼放大器的光信号输出端同时与波分复用器的第二端口连通，波分复用器的第三端口同时与待测光纤连通，待测光纤同时与掺铒光纤和二号拉曼放大器连通，一号环形器的第三光信号端口同时与二号掺铒光纤放大器的光信号输入端连通，二号掺铒光纤放大器的光信号输出端同时与二号环形器的第一光信号端口连通，二号环形器的第二光信号端口同时与光纤布拉格光栅连通，二号光纤耦合器的光信号输入端分别同时与偏振控制器的输出端、二号环形器的第三光信号端口连通，二号光纤耦合器的光信号输出端同时与光电平衡探测器的光信号输入端连通，光电平衡探测器的电信号输出端同时与检波器的信号输入端连通，检波器的信号输出端同时与数据采集卡的电信号输入端连通，脉冲发生器的微波信号输出端分别同时与半导体光放大器的微波信号加载端、声光调制器的微波信号加载端和数据采集卡的触发信号输入端连通。
[0009]
进一步的，所述所述窄线宽光源输出功率范围为10mw～40mw，波长范围为1549nm～1551nm。
[0010]
进一步的，所述一号光纤耦合器的耦合比为90:10或80:20或70:30，所述二号光纤耦合器的耦合比范围为50:50。
[0011]
进一步的，所述半导体光放大器的消光比范围为40db～60db；所述声光调制器的移频范围为-400mhz～400mhz，消光比范围为40db～60db。
[0012]
进一步的，所述一号拉曼放大器的输出光功率范围为300mw～800mw，中心波长范围为1450nm～1480nm，所述二号拉曼放大器的输出光功率范围为200mw～500mw，中心波长范围为1450nm～1480nm。
[0013]
进一步的，所述光纤布拉格光栅的中心波长范围为1549nm～1551nm，带宽为0.1nm；光电平衡探测器的探测带宽范围为100mhz～500mhz。
[0014]
一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统的工作方法，依托于所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统实现，窄线宽光源输出的连续光信号由一号光纤耦合器分为两路；
[0015]
上支路的连续光信号经过半导体光放大器调制为光脉冲信号，经声光调制器再次
调制提高消光比，再经一号掺铒光纤放大器进行光功率放大，再经一号环形器的第二光信号端口注入波分复用器，波分复用器输出的光信号与一号拉曼放大器输出的光信号同时注入待测光纤中，待测光纤局部位置接入掺铒光纤实现对探测光脉冲信号的遥泵放大，待测光纤的尾端连接二号拉曼放大器，实现对尾端信号的放大；光纤中的后向瑞利散射光信号经第一环形器的第三光信号端口输出后由二号掺铒光纤放大器进行光功率放大，再经二号环形器的第二光信号端口注入光纤布拉格光栅滤除宽带噪声；
[0016]
下路的连续光信号由偏振控制器进行偏振态调节后与二号环形器的第三光信号端口输出的信号一同经二号光纤耦合器混频，并由光电平衡探测器进行光电转换，输出的光电流经过检波器提取包络后由数据采集卡进行实时记录；
[0017]
记录的信号在时域上进行平均处理提高信噪比后进行时域差分运算，实现对振动信号的捕捉与提取，最后将提取到的振动信号进行时频转换，完成对传感系统沿线振动信息的定位与频率信息的表征。
[0018]
进一步的，所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统中的参考光信号为e
l
(t)，背向瑞利散射光信号为er(t)：
[0019][0020][0021]
其中，b为参考光信号的振幅，f为窄线宽光源的输出频率，为窄线宽光源的输出初相位，t为光波传播时间，a(t)为背向瑞利散射光信号的振幅，δf为声光调制器的移频，为背向瑞利散射光信号的相位；
[0022]
系统中光电平衡探测器的有效输出功率为ph：
[0023]
ph＝2r2prp
l
[0024]
其中，r为光电平衡探测器的响应度，pr为后向瑞利散射光信号的功率，p
l
为本征光信号的功率，ph远大于直接探测系统的输出功率
[0025]
进一步的，采用半导体光放大器(3)与声光调制器(4)级联提高消光比的具体方法为：
[0026]
设置窄线宽光源输出的单频连续光为e(t)：
[0027][0028]
其中，a1为单频连续光的振幅；
[0029]
e(t)经半导体光放大器调制为光脉冲信号e1(t)：
[0030][0031]
其中，a2为光脉冲信号e1(t)的幅值，rect为矩形函数，t1为光脉冲信号e1(t)的宽度；
[0032]
e1(t)由声光调制器进一步调制为高消光比的光脉冲信号e2(t)，并产生δf的移频：
[0033][0034]
其中，a3为光脉冲信号e2(t)的幅值，δf为声光调制器的移频，t2为光脉冲信号e2(t)的宽度，t2≤t1。
[0035]
进一步的，一号拉曼放大器(12)和二号拉曼放大器(10)的输出功率分布为：
[0036][0037]
其中，pr(l)为光纤中l位置处的峰值光功率，αr和αr分别表示拉曼泵浦光的传输损耗和信号光的传输损耗，g
eff
为有效增益系数，p0为一号拉曼放大器和二号拉曼放大器的输出总功率，d为传感光纤长度，r为一号拉曼放大器输出功率占总功率p0的百分比，0＜r＜1。
[0038]
本发明的有益效果：
[0039]
本发明所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用双向拉曼放大和遥泵技术实现超长距离传感，同时排除中继供电，便于在超长距离监测领域的灵活应用。
[0040]
本发明所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用相干探测结构，相较于直接探测结构引入连续参考光，提高了系统的信噪比和微弱信号检测能力。
[0041]
本发明所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用半导体光放大器与声光调制器级联提高探测光脉冲信号的消光比，避免连续光泄露导致的背向瑞利散射信号恶化。
附图说明
[0042]
图1为本发明所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统的结构示意图；
[0043]
图2为本发明所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统中的背向瑞利散射光信号。
具体实施方式
[0044]
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
[0045]
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0046]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下具体实施方式，并配合附图1-2详细说明如下：
[0047]
具体实施方式一：
[0048]
参照附图1，一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统包括：窄线宽光源1、一号光纤耦合器2、半导体光放大器3、声光调制器4、一号掺铒光纤放大器5、一号环形器6、波分复用器7、待测光纤8、掺铒光纤9、二号拉曼放大器10、脉冲发生器11、一号拉曼放大器12、二号掺铒光纤放大器13、二号环形器14、光纤布拉格光栅15、偏振控制器16、二号光纤耦合器17、光电平衡探测器18、检波器19和数据采集卡20；
[0049]
窄线宽光源1的光信号输出端与一号光纤耦合器2的光信号输入端连通，一号光纤耦合器2的两个光信号输出端分别同时与半导体光放大器3的光信号输入端和偏振控制器16的输入端连通，半导体光放大器3的光信号输出端同时与声光调制器4的光信号输入端连通，声光调制器4的光信号输出端同时与一号掺铒光纤放大器5的光信号输入端连通，一号掺铒光纤放大器5的光信号输出端同时与一号环形器6的第一光信号端口6-1连通，一号环形器6的第二光信号端口6-2同时与波分复用器7的第一端口连通，一号拉曼放大器12的光信号输出端同时与波分复用器7的第二端口连通，波分复用器7的第三端口同时与待测光纤8连通，待测光纤8同时与掺铒光纤9和二号拉曼放大器10连通，一号环形器6的第三光信号端口6-3同时与二号掺铒光纤放大器13的光信号输入端连通，二号掺铒光纤放大器13的光信号输出端同时与二号环形器14的第一光信号端口14-1连通，二号环形器14的第二光信号端口14-2同时与光纤布拉格光栅15连通，二号光纤耦合器17的光信号输入端分别同时与偏振控制器16的输出端、二号环形器14的第三光信号端口14-3连通，二号光纤耦合器17的光信号输出端同时与光电平衡探测器18的光信号输入端连通，光电平衡探测器18的电信号输出端同时与检波器19的信号输入端连通，检波器19的信号输出端同时与数据采集卡20的电信号输入端连通，脉冲发生器11的微波信号输出端分别同时与半导体光放大器3的微波信号加载端、声光调制器4的微波信号加载端和数据采集卡20的触发信号输入端连通。
[0050]
优选的，所述窄线宽光源1输出功率为20mw，波长为1550nm。
[0051]
优选的，所述一号光纤耦合器2的耦合比为90:10，所述二号光纤耦合器17的耦合比为50:50。
[0052]
优选的，所述半导体光放大器3的消光比为50db
[0053]
优选的，所述声光调制器4的移频为150mhz，消光比为45db。
[0054]
优选的，所述一号拉曼放大器12的输出光功率为500mw，中心波长为1480nm，所述二号拉曼放大器10的输出光功率为400mw，中心波长为1450nm。
[0055]
优选的，所述光纤布拉格光栅15的中心波长为1550nm，带宽为0.1nm。
[0056]
优选的，所述光电平衡探测器18的探测带宽为200mhz。
[0057]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用双向拉曼放大和遥泵技术实现超长距离传感，同时排除中继供电，便于在超长距离监测领域的灵活应用。
[0058]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用相干探测结构，相较于直接探测结构引入连续参考光，提高了系统的信噪比和微弱信号检测能力。
[0059]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用半导体光放大器与声光调制器级联提高探测光脉冲信号的消光比，避免连续光泄露导致的
背向瑞利散射信号恶化。
[0060]
具体实施方式二：
[0061]
根据具体实施方式一所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统的工作方法，窄线宽光源1输出的连续光信号由一号光纤耦合器2分为两路；
[0062]
上支路的连续光信号经过半导体光放大器3调制为光脉冲信号，经声光调制器4再次调制提高消光比，再经一号掺铒光纤放大器5进行光功率放大，再经一号环形器6的第二光信号端口6-2注入波分复用器7，波分复用器7输出的光信号与一号拉曼放大器12输出的光信号同时注入待测光纤8中，待测光纤8局部位置接入掺铒光纤9实现对探测光脉冲信号的遥泵放大，待测光纤8的尾端连接二号拉曼放大器10，实现对尾端信号的放大；光纤中的后向瑞利散射光信号经第一环形器6的第三光信号端口6-3输出后由二号掺铒光纤放大器13进行光功率放大，再经二号环形器14的第二光信号端口14-2注入光纤布拉格光栅15滤除宽带噪声；
[0063]
下路的连续光信号由偏振控制器16进行偏振态调节后与二号环形器14的第三光信号端口14-3输出的信号一同经二号光纤耦合器17混频，并由光电平衡探测器18进行光电转换，输出的光电流经过检波器19提取包络后由数据采集卡20进行实时记录；
[0064]
记录的信号在时域上进行平均处理提高信噪比后进行时域差分运算，实现对振动信号的捕捉与提取，最后将提取到的振动信号进行时频转换，完成对传感系统沿线振动信息的定位与频率信息的表征。
[0065]
进一步的，φ-otdr传感系统中的参考光信号为e
l
(t)，背向瑞利散射光信号为er(t)：
[0066][0067][0068]
其中，b为参考光信号的振幅，f为窄线宽光源1的输出频率，为窄线宽光源的输出初相位，t为光波传播时间，a(t)为背向瑞利散射光信号的振幅，δf声光调制器4的移频，为背向瑞利散射光信号的相位；
[0069]
系统中光电平衡探测器18的有效输出功率为ph：
[0070]
ph＝2r2prp
l
[0071]
其中，r为光电平衡探测器18的响应度，pr为后向瑞利散射光信号的功率，p
l
为本征光信号的功率，ph远大于直接探测系统的输出功率
[0072]
进一步的，系统中半导体光放大器3与声光调制器4级联的具体方法为：
[0073]
设置窄线宽光源1输出的单频连续光为e(t)：
[0074][0075]
其中，a1为单频连续光的振幅；
[0076]
e(t)经半导体光放大器3调制为光脉冲信号e1(t)：
[0077]
[0078]
其中，a2为光脉冲信号e1(t)的幅值，rect为矩形函数，t1为光脉冲信号e1(t)的宽度；
[0079]
e1(t)由声光调制器4进一步调制为高消光比的光脉冲信号e2(t)，并产生δf的移频：
[0080][0081]
其中，a3为光脉冲信号e2(t)的幅值，δf为声光调制器4的移频，t2为光脉冲信号e2(t)的宽度，t2≤t1。
[0082]
附图2为该系统实现的背向瑞利散射光信号，成功将φ-otdr系统的传感距离提升至225km，85.1km位置处为3m掺铒光纤9，通过一号拉曼放大器12提供的信号作为泵浦激励，实现遥泵放大，排除中继供电的必要性。
[0083]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统的工作方法，采用双向拉曼放大和遥泵技术实现超长距离传感，同时排除中继供电，便于在超长距离监测领域的灵活应用；采用相干探测结构，相较于直接探测结构引入连续参考光，提高了系统的信噪比和微弱信号检测能力；采用aom联级的方式，提高探测光脉冲信号的消光比，避免连续光泄露导致的背向瑞利散射信号恶化。
[0084]
具体实施方式三：
[0085]
一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统包括：窄线宽光源1、一号光纤耦合器2、半导体光放大器3、声光调制器4、一号掺铒光纤放大器5、一号环形器6、波分复用器7、待测光纤8、掺铒光纤9、二号拉曼放大器10、脉冲发生器11、一号拉曼放大器12、二号掺铒光纤放大器13、二号环形器14、光纤布拉格光栅15、偏振控制器16、二号光纤耦合器17、光电平衡探测器18、检波器19和数据采集卡20；
[0086]
窄线宽光源1的光信号输出端与一号光纤耦合器2的光信号输入端连通，一号光纤耦合器2的两个光信号输出端分别同时与半导体光放大器3的光信号输入端和偏振控制器16的输入端连通，半导体光放大器3的光信号输出端同时与声光调制器4的光信号输入端连通，声光调制器4的光信号输出端同时与一号掺铒光纤放大器5的光信号输入端连通，一号掺铒光纤放大器5的光信号输出端同时与一号环形器6的第一光信号端口6-1连通，一号环形器6的第二光信号端口6-2同时与波分复用器7的第一端口连通，一号拉曼放大器12的光信号输出端同时与波分复用器7的第二端口连通，波分复用器7的第三端口同时与待测光纤8连通，待测光纤8同时与掺铒光纤9和二号拉曼放大器10连通，一号环形器6的第三光信号端口6-3同时与二号掺铒光纤放大器13的光信号输入端连通，二号掺铒光纤放大器13的光信号输出端同时与二号环形器14的第一光信号端口14-1连通，二号环形器14的第二光信号端口14-2同时与光纤布拉格光栅15连通，二号光纤耦合器17的光信号输入端分别同时与偏振控制器16的输出端、二号环形器14的第三光信号端口14-3连通，二号光纤耦合器17的光信号输出端同时与光电平衡探测器18的光信号输入端连通，光电平衡探测器18的电信号输出端同时与检波器19的信号输入端连通，检波器19的信号输出端同时与数据采集卡20的电信号输入端连通，脉冲发生器11的微波信号输出端分别同时与半导体光放大器3的微波信号加载端、声光调制器4的微波信号加载端和数据采集卡20的触发信号输入端连通。
[0087]
优选的，所述窄线宽光源1输出功率范围为10mw～40mw，波长范围为1549nm～
1551nm。
[0088]
优选的，所述一号光纤耦合器2的耦合比为90:10或80:20或70:30，所述二号光纤耦合器17的耦合比为50:50。
[0089]
优选的，所述半导体光放大器3的消光比范围为40db～60db。
[0090]
优选的，所述声光调制器4的移频范围为-400mhz～400mhz，消光比范围为40db～60db。
[0091]
优选的，所述一号拉曼放大器12的输出光功率范围为300mw～800mw，中心波长范围为1450nm～1480nm，所述二号拉曼放大器10的输出光功率范围为300mw～800mw，中心波长范围为1450nm～1480nm。
[0092]
优选的，所述光纤布拉格光栅15的中心波长范围为1549nm～1551nm，带宽为0.1nm。
[0093]
优选的，所述光电平衡探测器18的探测带宽范围为100mhz～500mhz。
[0094]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用双向拉曼放大和遥泵技术实现超长距离传感，同时排除中继供电，便于在超长距离监测领域的灵活应用。
[0095]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用相干探测结构，相较于直接探测结构引入连续参考光，提高了系统的信噪比和微弱信号检测能力。
[0096]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，采用半导体光放大器与声光调制器级联提高探测光脉冲信号的消光比，避免连续光泄露导致的背向瑞利散射信号恶化。
[0097]
具体实施方式四：
[0098]
根据具体实施方式三所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统的工作方法，窄线宽光源1输出的连续光信号由一号光纤耦合器2分为两路；
[0099]
上支路的连续光信号经过半导体光放大器3调制为光脉冲信号，经声光调制器4再次调制提高消光比，再经一号掺铒光纤放大器5进行光功率放大，再经一号环形器6的第二光信号端口6-2注入波分复用器7，波分复用器7输出的光信号与一号拉曼放大器12输出的光信号同时注入待测光纤8中，待测光纤8局部位置接入掺铒光纤9实现对探测光脉冲信号的遥泵放大，待测光纤8的尾端连接二号拉曼放大器10，实现对尾端信号的放大；光纤中的后向瑞利散射光信号经第一环形器6的第三光信号端口6-3输出后由二号掺铒光纤放大器13进行光功率放大，再经二号环形器14的第二光信号端口14-2注入光纤布拉格光栅15滤除宽带噪声；
[0100]
下路的连续光信号由偏振控制器16进行偏振态调节后与二号环形器14的第三光信号端口14-3输出的信号一同经二号光纤耦合器17混频，并由光电平衡探测器18进行光电转换，输出的光电流经过检波器19提取包络后由数据采集卡20进行实时记录；
[0101]
记录的信号在时域上进行平均处理提高信噪比后进行时域差分运算，实现对振动信号的捕捉与提取，最后将提取到的振动信号进行时频转换，完成对传感系统沿线振动信息的定位与频率信息的表征。
[0102]
进一步的，φ-otdr传感系统中的参考光信号为e
l
(t)，背向瑞利散射光信号为er(t)：
[0103][0104][0105]
其中，b为参考光信号的振幅，f为窄线宽光源1的输出频率，为窄线宽光源的输出初相位，t为光波传播时间，a(t)为背向瑞利散射光信号的振幅，δf声光调制器4的移频，为背向瑞利散射光信号的相位；
[0106]
系统中光电平衡探测器18的有效输出功率为ph：
[0107]
ph＝2r2prp
l
[0108]
其中，r为光电平衡探测器18的响应度，pr为后向瑞利散射光信号的功率，p
l
为本征光信号的功率，ph远大于直接探测系统的输出功率
[0109]
进一步的，系统中半导体光放大器3与声光调制器4级联的具体方法为：
[0110]
设置窄线宽光源1输出的单频连续光为e(t)：
[0111][0112]
其中，a1为单频连续光的振幅；
[0113]
e(t)经半导体光放大器3调制为光脉冲信号e1(t)：
[0114][0115]
其中，a2为光脉冲信号e1(t)的幅值，rect为矩形函数，t1为光脉冲信号e1(t)的宽度；
[0116]
e1(t)由声光调制器4进一步调制为高消光比的光脉冲信号e2(t)，并产生δf的移频：
[0117][0118]
其中，a3为光脉冲信号e2(t)的幅值，δf为声光调制器4的移频，t2为光脉冲信号e2(t)的宽度，t2≤t1。
[0119]
具体实施方式五：
[0120]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，与具体实施方式三不同之处在于：
[0121]
优选的，所述窄线宽光源1输出功率为10mw，波长为1549nm。
[0122]
优选的，所述一号光纤耦合器2的耦合比为80:20，所述二号光纤耦合器17的耦合比为50:50。
[0123]
优选的，所述半导体光放大器3的消光比为55db
[0124]
优选的，所述声光调制器4的移频为300mhz，消光比为45db。
[0125]
优选的，所述一号拉曼放大器12的输出光功率为600mw，中心波长为1480nm，所述二号拉曼放大器10的输出光功率为300mw，中心波长为1455nm。
[0126]
优选的，所述光纤布拉格光栅15的中心波长为1549nm，带宽为0.1nm。
[0127]
优选的，所述光电平衡探测器18的探测带宽为300mhz。
[0128]
具体实施方式六：
[0129]
本实施方式所述的一种基于拉曼和遥泵放大的超长距离φ-otdr传感系统，与具体实施方式三不同之处在于：
[0130]
优选的，所述窄线宽光源1输出功率为40mw，波长为1551nm。
[0131]
优选的，所述一号光纤耦合器2的耦合比为70:30，所述二号光纤耦合器17的耦合比为50:50。
[0132]
优选的，所述半导体光放大器3的消光比为60db
[0133]
优选的，所述声光调制器4的移频为400mhz，消光比为40db。
[0134]
优选的，所述一号拉曼放大器12的输出光功率为800mw，中心波长为1450nm，所述二号拉曼放大器10的输出光功率为350mw，中心波长为1480nm。
[0135]
优选的，所述光纤布拉格光栅15的中心波长为1551nm，带宽为0.1nm。
[0136]
优选的，所述光电平衡探测器18的探测带宽为400mhz。
[0137]
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0138]
虽然在上文中已经参考具体实施方式对本技术进行了描述，然而在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本技术所披露的具体实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本技术并不局限于文中公开的特定具体实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。