本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。本发明解决了现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题。基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器、偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、可调光滤波器、光电探测器、数据采集卡、谐振腔；所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器、第三掺铒光纤放大器、第二光环行器、第三光环行器、第一双向光分路器、第二双向光分路器、单模传感光纤。本发明适用于分布式光纤传感领域。
1.一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括电光调制器（3）、第一光环行器（5a）、光电探测器（9）、数据采集卡（10），其特征在于：还包括可调单频激光器（1）、偏振控制器（2）、第一掺铒光纤放大器（4a）、可调光滤波器（8）、谐振腔；
所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器（4b）、第三掺铒光纤放大器（4c）、第二光环行器（5b）、第三光环行器（5c）、第一双向光分路器（6a）、第二双向光分路器（6b）、单模传感光纤（7）；
其中，可调单频激光器（1）的出射端与偏振控制器（2）的入射端连接；偏振控制器（2）的出射端与电光调制器（3）的入射端连接；电光调制器（3）的出射端与第一掺铒光纤放大器（4a）的入射端连接；第一掺铒光纤放大器（4a）的出射端与第一光环行器（5a）的入射端连接；第一光环行器（5a）的反射端与第一双向光分路器（6a）的第一个下行端口连接；第一双向光分路器（6a）的上行端口和第二双向光分路器（6b）的上行端口之间通过单模传感光纤（7）连接；第一双向光分路器（6a）的第二个下行端口与第二光环行器（5b）的入射端连接；第二光环行器（5b）的出射端与第二掺铒光纤放大器（4b）的入射端连接；第二光环行器（5b）的反射端与第二掺铒光纤放大器（4b）的出射端连接；第二双向光分路器（6b）的第二个下行端口与第三光环行器（5c）的入射端连接；第三光环行器（5c）的出射端与第三掺铒光纤放大器（4c）的入射端连接；第三光环行器（5c）的反射端与第三掺铒光纤放大器（4c）的出射端连接；第一光环行器（5a）的出射端与可调光滤波器（8）的入射端连接；可调光滤波器（8）的出射端与光电探测器（9）的入射端连接；光电探测器（9）的信号输出端与数据采集卡（10）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述可调单频激光器（1）采用可调范围为1520-1630nm、光谱线宽为400kHz、边摸抑制比>45dB、最大输出功率为10dBm的连续运行激光器。
3.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述电光调制器（3）的带宽为20GHz、插损值为3.3dB、消光比为26dB。
4.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述第一掺铒光纤放大器（4a）的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；
所述第二掺铒光纤放大器（4b）的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第三掺铒光纤放大器（4c）的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm。
5.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述第一双向光分路器（6a）的分光比为50：50；所述第二双向光分路器（6b）的分光比为50：50。
6.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述单模传感光纤（7）采用长度为20km的单模光纤。
7.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述可调光滤波器（8）的波长覆盖范围为1480-1620nm、带宽可调范围为32-
8.根据权利要求1所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，其特征在于：所述数据采集卡（10）的采样率为2GS/s、带宽为300MHz。
基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统
技术领域
[0001] 本发明涉及分布式光纤传感系统，具体是一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。
背景技术
[0002] 分布式光纤传感系统因具有显著的连续性优点（即只需一根光纤就可以准确感知光纤上任一点的信息），已被广泛应用于通信、交通、国防、土木、电力等领域。现有的分布式光纤传感系统主要分为三种：基于瑞利散射的分布式光纤传感系统、基于拉曼散射的分布式光纤传感系统、基于布里渊散射的分布式光纤传感系统。其中，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于其在温度和应变测量上所能达到的测量精度、传感距离、空间分辨率相比另外两种分布式光纤传感系统具有明显的优势，并且能实现对温度和应变的同时测量，而成为该领域的研究热点。然而实践表明，基于布里渊散射的分布式光纤传感系统由于在探测温度和应变时是使用一阶斯托克斯波的频移量来进行表征，导致其存在探测灵敏度低o的问题（温度灵敏度仅为1.1MHZ/ C，应变灵敏度仅为0.05MHz/με）。基于此，有必要发明一种全新的分布式光纤传感系统，以解决现有分布式光纤传感系统存在的上述问题。
发明内容
[0003] 本发明为了解决现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题，提供了一种基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统。
[0004] 本发明是采用如下技术方案实现的：
[0005] 基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器、偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、可调光滤波器、光电探测器、数据采集卡、谐振腔；
[0006] 所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器、第三掺铒光纤放大器、第二光环行器、第三光环行器、第一双向光分路器、第二双向光分路器、单模传感光纤；
[0007] 其中，可调单频激光器的出射端与偏振控制器的入射端连接；偏振控制器的出射端与电光调制器的入射端连接；电光调制器的出射端与第一掺铒光纤放大器的入射端连接；第一掺铒光纤放大器的出射端与第一光环行器的入射端连接；第一光环行器的反射端与第一双向光分路器的第一个下行端口连接；第一双向光分路器的上行端口和第二双向光分路器的上行端口之间通过单模传感光纤连接；第一双向光分路器的第二个下行端口与第二光环行器的入射端连接；第二光环行器的出射端与第二掺铒光纤放大器的入射端连接；第二光环行器的反射端与第二掺铒光纤放大器的出射端连接；第二双向光分路器的第二个下行端口与第三光环行器的入射端连接；第三光环行器的出射端与第三掺铒光纤放大器的入射端连接；第三光环行器的反射端与第三掺铒光纤放大器的出射端连接；第一光环行器的出射端与可调光滤波器的入射端连接；可调光滤波器的出射端与光电探测器的入射端连接；光电探测器的信号输出端与数据采集卡的信号输入端连接。
[0008] 具体工作过程如下：可调单频激光器发出的激光作为探测光，该激光依次经偏振控制器、电光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一光环行器、第一双向光分路器进入谐振腔，并在单模传感光纤中产生受激布里渊散射。与此同时，第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器发出的自发辐射光在谐振腔中进行谐振，当第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器的功率足够大时，自发辐射光谐振产生多波长布里渊激光（第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器的功率越大，谐振产生的布里渊激光的波长越多）。多波长布里渊激光与受激布里渊散射在单模传感光纤中进行拍频，由此产生拍频光信号。拍频光信号依次经第一光环行器、可调光滤波器进入光电探测器，并经光电探测器转换为拍频电信号后进入数据采集卡。数据采集卡对拍频电信号进行拍频分析，由此获取单模传感光纤的温度值和应变值。在此过程中，偏振控制器的作用是调节可调单频激光器发出的激光进入电光调制器的偏振态，以获得最大的输出功率。电光调制器的作用是加载脉冲信号。第一掺铒光纤放大器的作用是保证可调单频激光器发出的激光具有足够功率，以使激光在单模传感光纤中产生受激布里渊散射。
[0009] 基于上述过程，与现有分布式光纤传感系统相比，本发明所述的基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统基于全新的光路结构，并利用多波长布里渊激光，实现了对单模传感光纤的温度值和应变值进行高灵敏度探测，由此具备了如下优点：与基于布里渊散射的分布式光纤传感系统相比，本发明在探测温度和应变时使用多波长布里渊激光的频移量来进行表征，由此大幅提高了探测灵敏度（温度灵敏度能够提高至50MHZ/oC，应变灵敏度能够提高至2.5MHz/με）。
[0010] 本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有分布式光纤传感系统探测灵敏度低的问题，适用于分布式光纤传感领域。
附图说明
[0011] 图1是本发明的结构示意图。
[0012] 图中：1-可调单频激光器，2-偏振控制器，3-电光调制器，4a-第一掺铒光纤放大器，4b-第二掺铒光纤放大器，4c-第三掺铒光纤放大器，5a-第一光环行器，5b-第二光环行器，5c-第三光环行器，6a-第一双向光分路器，6b-第二双向光分路器，7-单模传感光纤，8-可调光滤波器，9-光电探测器，10-数据采集卡。
具体实施方式
[0013] 基于自激发布里渊激光器的高灵敏分布式光纤传感系统，包括可调单频激光器1、偏振控制器2、电光调制器3、第一掺铒光纤放大器4a、第一光环行器5a、可调光滤波器8、光电探测器9、数据采集卡10、谐振腔；
[0014] 所述谐振腔包括第二掺铒光纤放大器4b、第三掺铒光纤放大器4c、第二光环行器5b、第三光环行器5c、第一双向光分路器6a、第二双向光分路器6b、单模传感光纤7；
[0015] 其中，可调单频激光器1的出射端与偏振控制器2的入射端连接；偏振控制器2的出射端与电光调制器3的入射端连接；电光调制器3的出射端与第一掺铒光纤放大器4a的入射端连接；第一掺铒光纤放大器4a的出射端与第一光环行器5a的入射端连接；第一光环行器5a的反射端与第一双向光分路器6a的第一个下行端口连接；第一双向光分路器6a的上行端口和第二双向光分路器6b的上行端口之间通过单模传感光纤7连接；第一双向光分路器6a的第二个下行端口与第二光环行器5b的入射端连接；第二光环行器5b的出射端与第二掺铒光纤放大器4b的入射端连接；第二光环行器5b的反射端与第二掺铒光纤放大器4b的出射端连接；第二双向光分路器6b的第二个下行端口与第三光环行器5c的入射端连接；第三光环行器5c的出射端与第三掺铒光纤放大器4c的入射端连接；第三光环行器5c的反射端与第三掺铒光纤放大器4c的出射端连接；第一光环行器5a的出射端与可调光滤波器8的入射端连接；可调光滤波器8的出射端与光电探测器9的入射端连接；光电探测器9的信号输出端与数据采集卡10的信号输入端连接。
[0016] 所述可调单频激光器1采用可调范围为1520-1630nm、光谱线宽为400kHz、边摸抑制比>45dB、最大输出功率为10dBm的连续运行激光器。
[0017] 所述电光调制器3的带宽为20GHz、插损值为3.3dB、消光比为26dB。
[0018] 所述第一掺铒光纤放大器4a的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第二掺铒光纤放大器4b的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm；所述第三掺铒光纤放大器4c的输出功率为0.5W-2W、波长范围为1545-1565nm。
[0019] 所述第一双向光分路器6a的分光比为50：50；所述第二双向光分路器6b的分光比为50：50。
[0020] 所述单模传感光纤7采用长度为20km的单模光纤。
[0021] 所述可调光滤波器8的波长覆盖范围为1480-1620nm、带宽可调范围为32-650pm。
[0022] 所述数据采集卡10的采样率为2GS/s、带宽为300MHz。
