专利名称：受激拉曼散射效应抑制装置与方法及分布式光纤传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学系统，特别是涉及一种受激拉曼散射效应抑制装置与方法及采用该受激拉曼散射效应抑制装置的分布式光纤传感系统。
背景技术：
近年来，基于拉曼散射效应的分布式光纤传感系统得到了很快的发展，在该光纤传感系统中，拉曼散射信号光与拉曼脉冲泵浦光常常会在同一根光纤中传输。当拉曼散射信号光与拉曼脉冲泵浦光在同一根光纤中传输时，前向拉曼散射信号光与拉曼脉冲泵浦光同步向前传播，在空间上互相重叠，前向拉曼散射信号光将受到拉曼脉冲泵浦光的持续放大而出现受激拉曼散射，前向受激拉曼散射信号光受到瑞利散射，部分光向后传播，与后向拉曼散射信号光叠加在一起，后向拉曼散射信号光异常增长，导致无法解调出正常的传感 信息。光纤越长，拉曼脉冲泵浦光越强，越容易出现受激拉曼散射效应，因此传统的分布式光纤传感系统只能使用较低的脉冲泵浦光功率或者较短的传感距离，较低的脉冲泵浦功率导致低的系统信噪比和低的测温性能。
发明内容
为了延长分布式光纤传感系统距离并提高系统测温性能，有必要提供一种受激拉曼散射效应抑制装置及其方法，在脉冲泵浦光功率很高，光纤很长时，能抑制受激拉曼散射效应的产生。另外提供一种采用该受激拉曼散射效应抑制装置的分布式光纤传感系统。一种受激拉曼散射效应抑制装置，包括将光信号从一个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成一个第二合波通道的第二波分复用器，所述第一波分复用器的至少两个分光通道与所述第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，所述至少两路光纤中的至少一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。。在其中一个实施例中，所述第一波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第一泵浦信号端口和传输拉曼散射信号光的第一拉曼信号端口，所述第二波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第二泵浦信号端口和传输拉曼散射信号光第二拉曼信号端口，所述第一拉曼信号端口与所述第二拉曼信号端口之间连接有对光信号进行延迟的光信号延迟装置。在其中一个实施例中，所述第一波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第一泵浦信号端口和传输拉曼散射信号光的第一拉曼信号端口，所述第二波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第二泵浦信号端口和传输拉曼散射信号光第二拉曼信号端口，所述第一泵浦信号端口与所述第二泵浦信号端口之间连接有对光信号进行延迟的光信号延迟装置。在其中一个实施例中，所述第一波分复用器的至少两个分光通道的数量为三个，分别为第一光信号传输端口、第二光信号传输端口和第三光信号传输端口，所述第二波分复用器的至少两个分光通道的数量为三个，分别为第四光信号传输端口、第五光信号传输端口和第六光信号传输端口，所述第一光信号传输端口与所述第四光信号传输端口之间连接有光信号延迟装置。在其中一个实施例中，所述第二光信号传输端口与所述第五光信号传输端口之间也连接有光信号延迟装置。在其中一个实施例中，所述第一光信号传输端口与所述第四光信号传输端口之间的光信号延迟装置与所述第二光信号传输端口与所述第五光信号传输端口之间的光信号延迟装置对光信号的延迟时间不同。在其中一个实施例中，所述光信号延迟装置为光纤延迟线。
一种分布式光纤传感系统，包括产生拉曼脉冲泵浦光的拉曼脉冲泵浦光源、与拉曼脉冲泵浦光源通过光纤相连的波分复用器、与波分复用器和拉曼脉冲泵浦光源相连并对光信号进行分析处理的拉曼信号处理控制装置，所述分布式光纤传感系统还包括与所述波分复用器相连的第一传感光纤、与所述第一传感光纤相连的第一受激拉曼散射效应抑制装置和与所述第一受激拉曼散射效应抑制装置相连的第二传感光纤，所述第一受激拉曼散射效应抑制装置包括将光信号从一个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成一个第二合波通道的第二波分复用器，所述第一波分复用器的至少两个分光通道与所述第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，所述至少两路光纤中的至少其中一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。在其中一个实施例中，所述分布式光纤传感系统还包括与所述第二传感光纤相连的第二受激拉曼散射效应抑制装置和与第二受激拉曼散射效应抑制装置相连的第三传感光纤，所述第二受激拉曼散射效应抑制装置包括将光信号从一个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成一个第二合波通道的第二波分复用器，所述第一波分复用器的至少两个分光通道与所述第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，所述至少两路光纤中的至少其中一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。一种受激拉曼散射效应抑制方法，包括以下步骤将一根光纤中同时存在的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光分离；将分离后的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光传输不同的距离；将传输了不同距离的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光合波后注入另一根传感光纤。上述受激拉曼散射效应抑制装置在两个波分复用器形成的至少一个通道上设置光信号延迟装置来将该通道上的光信号进行延迟，这样当光信号从第二波分复用器的合波信号端口出来后，延迟的光信号与未被延迟的光信号在传输时就会在空间上分开，从而防止发生受激拉曼散射效应。上述分布式光纤传感系统由于采用该受激拉曼散射效应抑制装置，因此其也能防止发生受激拉曼散射效应。上述受激拉曼散射效应抑制方法将拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光在空间上互相分离，不再重叠，从而能够防止拉曼脉冲泵浦光对拉曼散射信号光的持续放大，有效防止受激拉曼散射效应出现。
图I为实施例I的受激拉曼散射效应抑制装置示意图；图2为实施例2的受激拉曼散射效应抑制装置示意图；图3为实施例3的受激拉曼散射效应抑制装置示意4为应用实施例I的受激拉曼散射效应抑制装置的分布式光纤传感系统示意图；图5为受激拉曼散射效应抑制方法流程图。
具体实施例方式本发明提供了一种受激拉曼散射效应抑制装置，该受激拉曼散射效应抑制装置包 括将光信号从一个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成一个第二合波通道的第二波分复用器。其中，第一波分复用器的至少两个分光通道与第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，该至少两路光纤中的至少其中一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。该受激拉曼散射效应抑制装置在两个波分复用器形成的至少一个通道上设置光信号延迟装置来将该通道上的光信号进行延迟，这样当光信号从第二波分复用器的合波信号端口出来后，延迟的光信号与未被延迟的光信号在传输时就会在空间上分开，从而防止受激拉曼散射效应出现。实施例I请参考图1，在该实施例中，该受激拉曼散射效应抑制装置100的第一波分复用器110的分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第一泵浦信号端口 112和传输拉曼散射信号光的第一拉曼信号端口 113。第一波分复用器110还设有第一合波信号端口 111。该受激拉曼散射效应抑制装置100的第二波分复用器120的分光通道的数量也为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第二泵浦信号端口 122和传输拉曼散射信号光第二拉曼信号端口 123。第二波分复用器120还设有第二合波信号端口 121。第一拉曼信号端口113与第二拉曼信号端口 123之间连接有对光信号进行延迟的光信号延迟装置130。此处的光信号延迟装置130为光纤延迟线，第一波分复用器110与第二波分复用器120为薄膜滤波片波分复用器。光信号(此处为拉曼脉冲泵浦光和拉曼散射信号光)从第一合波信号端口 111进入第一波分复用器110被分成两路后分别从第一泵浦信号端口 112 (拉曼脉冲泵浦光从此输出)和第一拉曼信号端口 113 (拉曼散射信号光从此输出)输出；从第一泵浦信号端口 112出来的光信号经过光纤传输至第二泵浦信号端口 122，从第一拉曼信号端口 113出来的光信号经过光信号延迟装置130后进入第二拉曼信号端口 123 ;传输至第二泵浦信号端口 122和第二拉曼信号端口 123的光信号经过第二波分复用器120的合光后从第二合波信号端口121输出。由于拉曼散射信号光在传输时受光信号延迟装置的作用而延迟了一段时间，因此从第二合波信号端口 121出来的拉曼脉冲泵浦光和拉曼散射信号光在光纤中传输时在空间上是分离的，从而防止了拉曼散射信号光受到拉曼脉冲泵浦光的持续放大而发生受激拉曼散射效应。该受激拉曼散射效应抑制装置100能够防止受激拉曼散射效应出现。实施例2请参考图2，该实施例的受激拉曼散射效应抑制装置200与实施例I的受激拉曼散射效应抑制装置100相似，不同之处在于，该实施例的光信号延迟装置230设置在第一泵浦信号端口 212与第二泵浦信号端口 222之间。具体的，该受激拉曼散射效应抑制装置200的第一波分复用器210的分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第一泵浦信号端口 212和传输拉曼散射信号光的第一拉曼信号端口 213。第一波分复用器210还设有第一合波信号端口 211。该受激拉曼散射效应抑制装置200的第二波分复用器220的分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第二泵浦信号端口 222和传输拉曼散射信号光第二拉曼信号端口 223。第 二波分复用器210还设有第二合波信号端口 221。第一泵浦信号端口 212与第二泵浦信号端口 222之间连接有对光信号进行延迟的光信号延迟装置230。由于拉曼散射信号光在传输时受光信号延迟装置的作用而延迟了一段时间，因此从第二合波信号端口 221出来的拉曼脉冲泵浦光和拉曼散射信号光在光纤中传输时在空间上是分离的，从而防止了拉曼散射信号光受到拉曼脉冲泵浦光的持续放大而发生受激拉曼散射效应。因此，该受激拉曼散射效应抑制装置200能够防止受激拉曼散射效应出现。实施例3请参考图3，该实施例的受激拉曼散射效应抑制装置300与实施例I的受激拉曼散射效应抑制装置100相似，不同之处在于，该实施例的第一波分复用器310与第二波分复用器320的分光通道的数量均为三个。具体的，该受激拉曼散射效应抑制装置300的第一波分复用器310的分光通道的数量为三个，分别为第一光信号传输端口 312、第二光信号传输端口 313和第三光信号传输端口 314。第一波分复用器310还设有第一合波信号端口 311。该受激拉曼散射效应抑制装置300的第二波分复用器320的分光通道的数量也为三个，分别为第四光信号传输端口322、第五光信号传输端口 323和第六光信号传输端口 324。第二波分复用器320还设有第二合波信号端口 321。第一光信号传输端口 312与第四光信号传输端口 322之间或第二光信号传输端口 313与第五光信号传输端口 323之间连接有光信号延迟装置330。这样可以设置连接有光信号延迟装置330的两个光信号传输端口之间传输拉曼散射信号光，其它光信号传输端口之间传输拉曼脉冲泵浦光。由于光纤延迟装置330的存在，拉曼散射信号光在传输时受光信号延迟装置的作用而延迟了一段时间，因此从第二合波信号端口 321出来的拉曼脉冲泵浦光和拉曼散射信号光在光纤中传输时在空间上是分离的，从而防止了拉曼散射信号光受到拉曼脉冲泵浦光的持续放大而发生受激拉曼散射效应。该受激拉曼散射效应抑制装置300能够防止受激拉曼散射效应出现。当然，第一光信号传输端口 312与第四光信号传输端口 322之间及第二光信号传输端口 313与第五光信号传输端口 323之间也可以均连接有光信号延迟装置330。此时可以设置第一光信号传输端口 312与第四光信号传输端口 322之间的光信号延迟装置330与第二光信号传输端口 313与第五光信号传输端口 323之间的光信号延迟装置330对光信号的延迟效果不同。
这样，可以设置任何两个光信号传输端口之间传输拉曼散射信号光或拉曼脉冲泵浦光。由于第一光信号传输端口 312与第四光信号传输端口 322之间的光信号延迟装置330与第二光信号传输端口 313与第五光信号传输端口 323之间的光信号延迟装置330对光信号的延迟效果不同，所以从第二合波信号端口 321出来的拉曼脉冲泵浦光和拉曼散射信号光在光纤中传输时在空间也上是分离的，从而防止了拉曼散射信号光受到拉曼脉冲泵浦光的持续放大而发生受激拉曼散射效应。该受激拉曼散射效应抑制装置300能够防止受激拉曼散射效应出现。本发明还提供一种分布式光纤传感系统。该分布式光纤传感系统包括产生拉曼脉冲泵浦光的拉曼脉冲泵浦光源400、与拉曼脉冲泵浦光源400通过光纤相连的波分复用器500、与波分复用器500和拉曼脉冲泵浦光源400相连并对光信号进行分析处理的拉曼信号处理控制装置600。该分布式光纤传感系统还包括与波分复用器500相连的第一传感光纤700、与波分复用器500通过第一传感光纤700相连的第一受激拉曼散射效应抑制装置900和与第一受激拉曼散射效应抑制装置900相连的第二传感光纤800。此处是采用实施例I中的受激拉曼散射效应抑制装置，当然也可以采用实施例2或实施例3中的受激拉曼散射 效应抑制装置，此处只是举例说明。该分布式光纤传感系统还包括与第二传感光纤800相连的第二受激拉曼散射效应抑制装置和与第二受激拉曼散射效应抑制装置相连的第三传感光纤。该第二受激拉曼散射效应抑制装置与第一受激拉曼散射效应抑制装置结构相同。此处只是举例说明，该分布式光纤传感系统还可以串联更多的受激拉曼散射抑制装置和传感光纤。在拉曼信号处理控制装置600控制下，拉曼脉冲泵浦光源400发出拉曼脉冲泵浦光。拉曼脉冲泵浦光通过波分复用器500注入第一传感光纤700，并接着传输至第一受激拉曼散射抑制装置900，然后注入第二传感光纤800，第一传感光纤700与第二传感光纤800产生的后向拉曼散射信号光回传到波分复用器500后，由波分复用器500分离进入拉曼信号处理控制装置600进行处理，从而得到所需要的传感信号。此处的第一受激拉曼散射抑制装置900能够有效防止受激拉曼散射效应出现，提高该分布式光纤传感系统的传输质量与传输距离。本发明还提供一种受激拉曼散射效应抑制方法，包括以下步骤步骤SllO将一根光纤中同时存在的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光分离；步骤S120将分离后的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光传输不同的距离；步骤S130将传输了不同距离的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光合波后注入另一根传感光纤。由于拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光在分离后传输的距离不同，因此它们在空间上得到了分离，当拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光重新合波注入传感光纤后，在新的传感光纤中它们在空间上互相分离，不再重叠，从而能够防止拉曼脉冲泵浦光对拉曼散射信号光的持续放大，有效防止受激拉曼散射效应出现。该受激拉曼散射效应抑制装置在两个波分复用器形成的至少一个通道上设置光信号延迟装置来将该通道上的光信号进行延迟，这样当光信号从第二波分复用器的合波信号端口出来后，延迟的光信号与未被延迟的光信号在传输时就会在空间上分开，从而防止受激拉曼散射效应。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在干，包括将光信号从ー个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成ー个第二合波通道的第二波分复用器，所述第一波分复用器的至少两个分光通道与所述第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，所述至少两路光纤中的至少一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。
2.根据权利要求I所述的受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在于，所述第一波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第一泵浦信号端ロ和传输拉曼散射信号光的第一拉曼信号端ロ，所述第二波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第二泵浦信号端口和传输拉曼散射信号光第二拉曼信号端ロ，所述第一拉曼信号端ロ与所述第二拉曼信号端ロ之间连接有对光信号进行延迟的光信号延迟装置。
3.根据权利要求I所述的受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在于，所述第一波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第一泵浦信号端ロ和传输拉曼散射信号光的第一拉曼信号端ロ，所述第二波分复用器的至少两个分光通道的数量为两个，分别为传输拉曼脉冲泵浦光的第二泵浦信号端口和传输拉曼散射信号光第二拉曼信号端ロ，所述第一泵浦信号端ロ与所述第二泵浦信号端ロ之间连接有对光信号进行延迟的光信号延迟装置。
4.根据权利要求I所述的受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在于，所述第一波分复用器的至少两个分光通道的数量为三个，分别为第一光信号传输端ロ、第二光信号传输端口和第三光信号传输端ロ，所述第二波分复用器的至少两个分光通道的数量为三个，分别为第四光信号传输端ロ、第五光信号传输端口和第六光信号传输端ロ，所述第一光信号传输端ロ与所述第四光信号传输端ロ之间连接有光信号延迟装置。
5.根据权利要求4所述的受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在于，所述第二光信号传输端ロ与所述第五光信号传输端ロ之间也连接有光信号延迟装置。
6.根据权利要求5所述的受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在于，所述第一光信号传输端ロ与所述第四光信号传输端ロ之间的光信号延迟装置与所述第二光信号传输端ロ与所述第五光信号传输端ロ之间的光信号延迟装置对光信号的延迟时间不同。
7.根据权利要求I至6中任ー权利要求所述的受激拉曼散射效应抑制装置，其特征在于，所述光信号延迟装置为光纤延迟线。
8.ー种分布式光纤传感系统，包括产生拉曼脉冲泵浦光的拉曼脉冲泵浦光源、与拉曼脉冲泵浦光源通过光纤相连的波分复用器、与波分复用器和拉曼脉冲泵浦光源相连并对光信号进行分析处理的拉曼信号处理控制装置，其特征在干，所述分布式光纤传感系统还包括与所述波分复用器相连的第一传感光纤、与所述第一传感光纤相连的第一受激拉曼散射效应抑制装置和与所述第一受激拉曼散射效应抑制装置相连的第二传感光纤，所述第一受激拉曼散射效应抑制装置包括将光信号从ー个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成ー个第二合波通道的第二波分复用器，所述第一波分复用器的至少两个分光通道与所述第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，所述至少两路光纤中的至少其中一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。
9.根据权利要求8所述的分布式光纤传感系统,其特征在于,所述分布式光纤传感系统还包括与所述第二传感光纤相连的第二受激拉曼散射效应抑制装置和与第二受激拉曼散射效应抑制装置相连的第三传感光纤，所述第二受激拉曼散射效应抑制装置包括将光信号从ー个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成ー个第二合波通道的第二波分复用器，所述第一波分复用器的至少两个分光通道与所述第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，所述至少两路光纤中的至少其中一路光纤上设有对光信号进行延迟使所述至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。
10.一种受激拉曼散射效应抑制方法，其特征在于，包括以下步骤将ー根光纤中同时存在的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光分离；将分离后的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光传输不同的距离；将传输了不同距离的拉曼散射信号光和拉曼脉冲泵浦光合波后注入另ー根传感光纤。
全文摘要
本发明提供一种受激拉曼散射效应抑制装置，包括将光信号从一个第一合波通道分成至少两个分光通道的第一波分复用器与将至少两个分光通道合成一个第二合波通道的第二波分复用器，第一波分复用器的至少两个分光通道与第二波分复用器的至少两个分光通道之间通过至少两路光纤对应连接，该至少两路光纤中的至少其中一路光纤上设有对光信号进行延迟使至少一路光纤的传输距离不同的光信号延迟装置。该受激拉曼散射效应抑制装置的光信号延迟装置将该通道上的光信号进行延迟，这样当光信号从第二波分复用器的合波信号端口出来后，延迟的光信号与未被延迟的光信号在传输时就会在空间上分开，从而防止发生受激拉曼散射效应。
文档编号G01D3/032GK102798401SQ20121028476
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者陈志标 申请人:苏州光格设备有限公司