BOTDR系統(tǒng)中的SBS效應(yīng)及其傳感應(yīng)用研究

1、華北電力大學(xué)（保定）碩士學(xué)位論文BOTDR系統(tǒng)中的SBS效應(yīng)及其傳感應(yīng)用研究姓名：李旭東申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：李永倩20071228摘要深入研究了光纖巾的受激布罩淵散射（）效應(yīng)，揭示了系統(tǒng)中的效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。指出當(dāng)電光調(diào)制器（）的消光比有限時(shí)，漏光將通過效應(yīng)對(duì)入射脈沖光產(chǎn)生的自發(fā)布里淵散射進(jìn)行放大，使時(shí)域波形明顯區(qū)別于一般波形；當(dāng)消光比過低時(shí)，效應(yīng)迅速增強(qiáng)，泵浦迅速耗盡，系統(tǒng)無法正常工作。推導(dǎo)了信號(hào)功率的表達(dá)式；在不同消光比下，對(duì)系統(tǒng)的時(shí)域波形進(jìn)行了數(shù)值仿真，結(jié)果與前期實(shí)驗(yàn)相吻合。分析了光纖布里淵散射的頻移和強(qiáng)度與溫度、應(yīng)變的關(guān)系，分別對(duì)溫度和應(yīng)變傳感信號(hào)的頻域和時(shí)域

2、波形進(jìn)行了數(shù)值仿真。最后，探討了信號(hào)用于傳感對(duì)系統(tǒng)信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、測(cè)量精度等指標(biāo)的改善。關(guān)鍵詞：光纖傳感，布里淵光時(shí)域反射計(jì)，受激布里淵散射效應(yīng)，電光調(diào)制器，消光比（）玎，舶既（），砸曲鋤矗潞觚吐曲虢，【矗訊肌，鋤枷，（）：，摘要深入研究了光纖巾的受激布罩淵散射（）效應(yīng)，揭示了系統(tǒng)中的效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。指出當(dāng)電光調(diào)制器（）的消光比有限時(shí)，漏光將通過效應(yīng)對(duì)入射脈沖光產(chǎn)生的自發(fā)布里淵散射進(jìn)行放大，使時(shí)域波形明顯區(qū)別于一般波形；當(dāng)消光比過低時(shí)，效應(yīng)迅速增強(qiáng)，泵浦迅速耗盡，系統(tǒng)無法正常工作。推導(dǎo)了信號(hào)功率的表達(dá)式；在不同消光比下，對(duì)系統(tǒng)的時(shí)域波形進(jìn)行了數(shù)值仿真，結(jié)果與前期實(shí)驗(yàn)相吻合。分析了光纖布里淵散

3、射的頻移和強(qiáng)度與溫度、應(yīng)變的關(guān)系，分別對(duì)溫度和應(yīng)變傳感信號(hào)的頻域和時(shí)域波形進(jìn)行了數(shù)值仿真。最后，探討了信號(hào)用于傳感對(duì)系統(tǒng)信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、測(cè)量精度等指標(biāo)的改善。關(guān)鍵詞：光纖傳感，布里淵光時(shí)域反射計(jì)，受激布里淵散射效應(yīng)，電光調(diào)制器，消光比（）玎，舶既（），砸曲鋤矗潞觚吐曲虢，【行肌，鋤印枷，（）：，聲尸明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文系統(tǒng)中的效應(yīng)及其傳感應(yīng)用研究，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而

4、使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：壅堡壘日期：砌羅關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。（涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名：蕉叢壘日期：絲曼：；：！導(dǎo)師簽名：，匕乜人乏！淪文引言第一章緒論隨著現(xiàn)代：、民用工

5、程、空日技術(shù)、芻！事等領(lǐng)域自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，在許多科研和：程應(yīng)用中迫切需要測(cè)量溫度、應(yīng)變信息的分白情況，例如長距離輸油管道、通信光纜、電力電纜、蒸汽管道、大壩、隧道等。分命型光纖傳感器具備提取大范圍測(cè)量場分布信息的能力，可以解決測(cè)量領(lǐng)域的諸多難題。其中，分稚型光纖溫度傳感器可用于如大型電力變壓器、高壓電力網(wǎng)、高層建筑等的溫度分布測(cè)量和監(jiān)控；分布型光纖應(yīng)變傳感器在多層建筑、橋梁、水壩、飛行器、壓力容器等重大結(jié)構(gòu)與設(shè)備的形變監(jiān)測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，分白型光纖傳感技術(shù)在復(fù)合材料中的應(yīng)用，丌辟了智能化材料新領(lǐng)域弛?；诎渍譁Y散射的分御型光纖傳感技術(shù)是目自國際上最重要和最有途的一種新型測(cè)

6、量技術(shù)。¨，也是國際上傳感器研究最活躍的熱點(diǎn)課題之一。該技術(shù)在溫度、應(yīng)變測(cè)量所能達(dá)到的精度、傳感距離及空問分辨率等均高于基于瑞利、拉曼散射的分布型光纖傳感方式，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)變的同時(shí)傳感。利用該傳感技術(shù)可對(duì)被測(cè)場的溫度或應(yīng)變情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)故障隱患及故障點(diǎn)的快速、準(zhǔn)確定位。因此，研究和丌發(fā)布罩淵分布型傳感器，不僅有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且具有廣闊的市場應(yīng)用前景。布里淵分布型傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀布罩淵分句型光纖傳感技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，國內(nèi)外對(duì)該技術(shù)及其應(yīng)用研究方興未艾。自年首次提出以來，眾多研究人員展丌了對(duì)關(guān)于布罩淵散射的分布型光纖傳感系統(tǒng)的研究，并取得了突破性進(jìn)展。目前，

7、基于和罩淵分布型傳感技術(shù)研究較多的方案可分為三類：（）基于布罩淵光時(shí)域反射（）的分和型光纖傳感技術(shù)；（）基于布罩淵光時(shí)域分析（）的分布型光纖傳感技術(shù)；（）基于命甲淵光頻域分析（）的光纖傳感技術(shù)盯?；诘墓饫w傳感技術(shù)皋二（），）的分布型光纖傳感系統(tǒng)類似光時(shí)域反射計(jì)（），基本框圖如圖卜所÷。華北匕人貝寸論文圖卜基于的分布型光纖傳感系統(tǒng)基本框圖在中，當(dāng)脈沖光在光纖中傳輸時(shí)，在發(fā)送端就可以檢測(cè)到由瑞利散射產(chǎn)生的背向散射光，背向散射光提供對(duì)光纖衰減及位置信息的測(cè)量。在中，背向的自發(fā)布罩淵散射代替了瑞利散射，由于布罩淵散射受溫度和應(yīng)變的影響，因此通過測(cè)量布罩淵散射便可以得到溫度或應(yīng)變信息

8、8;¨引¨”¨。傳感系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是只需要單端測(cè)量，實(shí)際使用比較方便?；诘墓饫w傳感技術(shù)傳感系統(tǒng)最初是等人作為一種非破壞性的光纖損耗測(cè)量技術(shù)而提出的嫡，隨后便得到迅速發(fā)展。技術(shù)采用了布罩淵放大效應(yīng)，基于該技術(shù)的傳感器典型結(jié)構(gòu)如圖卜所示。圖卜基于的分布型光纖傳感系統(tǒng)基本框圖處于光纖兩端的叮調(diào)諧激光器分別將一脈沖光（泵浦光）與一連續(xù)光（探測(cè)光）注入傳感光纖，當(dāng)泵浦光與探測(cè)光的頻差與光纖中某區(qū)域的布罩淵頻移相等時(shí)，在該區(qū)域就會(huì)產(chǎn)塵命甲淵放大效應(yīng)（受激命罩淵散射），兩光束相互之發(fā)化能量轉(zhuǎn)移。出于枷罩淵頻移溫度、應(yīng)變存在線性關(guān)系，岡此，對(duì)兩激光器的頻率進(jìn)行連續(xù)涮節(jié)的司時(shí)，通過榆

9、測(cè)從光纖一端耦合小求的連續(xù)光的功率，就町確定光纖各小段蔓域：能量轉(zhuǎn)移達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率籠，從實(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變信息的分布型測(cè)疑。（）系統(tǒng)的！并特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍人，測(cè)蔗精度舟。系統(tǒng)較復(fù)雜，泵浦激光此，入：碩：學(xué)論文器和探測(cè)激光器必須放：被測(cè)光纖的曲端，給實(shí)防：夠川惜術(shù)定的困難；其次，（），、）系統(tǒng)能測(cè)斷點(diǎn)，舀：；嬰測(cè)斷的應(yīng)用中受劍限制?！啊Ｚ?。等人對(duì)（）系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了長度為，箍矗度精度為，空分辨率為米的測(cè)最。¨。使川?。旱亩堂}沖塒幣模光纖布罩淵譜特性研究中，發(fā)現(xiàn)布早淵信號(hào)的強(qiáng)度泉浦脈沖的寬度線性相關(guān)，肖脈沖寬度從減小至?xí)r，靠單淵譜寬逐漸達(dá)到最大，約為；脈沖寬度繼續(xù)減小時(shí)和罩淵譜寬卻急

10、劇變窄¨“。等對(duì)利用脈寬小于聲子壽命的探測(cè)脈沖時(shí)高分辨率布罩淵分布型光纖傳感中的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了研究，初步揭示了此過程的機(jī)理。出于傳感系統(tǒng)中電光調(diào)制器（）的消光比（）有限，導(dǎo)致布旱淵頻移測(cè)量的混亂狀態(tài)，使得在光纖真實(shí)溫度測(cè)量及定位時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)¨引，不能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)溫和定位，限制了傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。等人利用直流和短脈沖（約）的激光作為布罩淵光纖傳感系統(tǒng)中的探測(cè)光束，提出了一種可同時(shí)達(dá)到高頻率分辨率和高空間分辨率（厘米級(jí)）的布早淵譜分析方法啦¨，向罩淵譜可由底部為代表脈沖與直流光作用的高斯型、頂部為代表直流與直流光作用的洛侖茲型的雙重結(jié)構(gòu)表示讓引。另外，信號(hào)對(duì)頻率和位置

11、的二階偏導(dǎo)數(shù)可以用來區(qū)分光纖中兩個(gè)不同應(yīng)變區(qū)域的邊界，進(jìn)而可用于更精確地定位光纖中的應(yīng)變區(qū)域，定位精度達(dá)，布罩淵頻移測(cè)量分辨率約為?；诘墓饫w傳感技術(shù)不同于定位方法，是基于測(cè)量光纖的傳輸函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量點(diǎn)定位的一種傳感方法。這個(gè)傳輸函數(shù)把探測(cè)光和經(jīng)過光纖傳輸?shù)谋闷止獾膹?fù)振幅與光纖的幾何長度相互關(guān)聯(lián)起來，通過計(jì)算光纖的沖擊響應(yīng)函數(shù)確定沿光纖的應(yīng)變和溫度信息。傳感系統(tǒng)原理框圖如圖所示。圖卜梁：（）？的分布犁光纖傳感系統(tǒng)缺本框圖華北也力人學(xué)碩：？一論艾束窄線寬連續(xù)泉；光從端入射進(jìn)單橫光鄉(xiāng)，束窄線寬連續(xù)探測(cè)光從光纖的另端入射。探測(cè)光的頻二鉦被凋節(jié)到比泵；光頻二笨低，兒兩肯頻率羞近似等于光纖的布罩淵頻移。

12、探洲比個(gè)頻率廠卅可變的：弦信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，對(duì)每個(gè)確定的信號(hào)頻率值，光乜探測(cè)器分別檢測(cè)探測(cè)光嗣象浦光的光強(qiáng)，光電探測(cè)器的輸信號(hào)輸入到網(wǎng)絡(luò)分析儀，山網(wǎng)絡(luò)分析儀計(jì)算：光纖的基帶傳輸函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行快速傅立葉反變換，其輸出信號(hào)（）中即包含了沿光纖軸向的溫度或應(yīng)變分布信息。對(duì)傳感技術(shù)研究較多的主要有德國的等人，但由于系統(tǒng)復(fù)雜，且對(duì)被測(cè)光纖所處環(huán)境要求高，所以對(duì)（）？的研究相對(duì)比較少。本文的主要研究內(nèi)容在傳感系統(tǒng)中，因?yàn)橛糜诿}沖調(diào)制的電光調(diào)制器（或聲光調(diào)制器）的消光比有限，在系統(tǒng)中將存在泄漏的連續(xù)光，該泄漏光必然會(huì)參與到系統(tǒng)中的布罩淵散射過程中去，并對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響；泄漏光與脈

13、沖光產(chǎn)生的自發(fā)布罩淵散射的相吒作用是一種效應(yīng)，由于命罩淵強(qiáng)度和頻移都是溫度和應(yīng)變的函數(shù)，因此有可能利用系統(tǒng)中的信號(hào)進(jìn)行溫度和應(yīng)變的傳感，特別是，與自發(fā)布罩淵散射信號(hào)相比，信號(hào)的信噪比高，可獲得更高的測(cè)鼙指標(biāo)，因此，可以提高系統(tǒng)的測(cè)量精度和空問分辨率，對(duì)探討提高自發(fā)布里淵散射分布型光纖傳感系統(tǒng)性能的新方法、新途徑具有相當(dāng)大的參考價(jià)值，值得深入研究。本文主要研究）系統(tǒng)中效應(yīng)的產(chǎn)牛機(jī)理，并對(duì)效應(yīng)的傳感應(yīng)用進(jìn)釘：探討。在深入研究和單淵散射分布型光纖傳感原理的基礎(chǔ)上，主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入的研究。）研究布罩淵分御型光纖傳感技術(shù)的原理、特點(diǎn)以及發(fā)展概況。）研究布旱淵散射的基本原理，解明系統(tǒng)中效應(yīng)的產(chǎn)生

14、機(jī)理及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并進(jìn)行數(shù)值仿真。，）理論分析光纖的布罩淵散射特性，包括鈿牡淵的頻移和強(qiáng)度與溫度、應(yīng)變的關(guān)系，對(duì)光纖溫度或心變變化時(shí)的頻域和時(shí)域波形進(jìn)行數(shù)值仿真。）探討，）系統(tǒng)效應(yīng)的傳感應(yīng)。根捌課題的研究進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)條件，充成搭建傳感系統(tǒng)的部分實(shí)驗(yàn)：作。第二章光纖布里淵分布型傳感原理光纖如罩淵散射理論是向罩淵敞射分巾型光纖傳感技術(shù)的壁礎(chǔ)。本文主要研究基的分布型光纖傳感系統(tǒng)，所以本章中將對(duì)光纖句旱淵散射效應(yīng)原理，特別是對(duì)受激布里淵散射（）效應(yīng)有關(guān)原理和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)地介紹，并介紹系統(tǒng)的傳感原理。光纖散射光散射星光在介質(zhì)中傳播過程時(shí)發(fā)生的一種普遍現(xiàn)象，是光與物質(zhì)相互作用的一種表現(xiàn)形式“。從量子

15、理論的觀點(diǎn)來看，光散射是由光子與微觀粒子發(fā)生碰撞所引起的。碰撞的結(jié)果使入射光子散射成為個(gè)能量或方向與入射光于不同的敞射光子，相應(yīng)在微觀粒子的能量和動(dòng)量都發(fā)生變化，并遵循能量守恒和動(dòng)量守恒定律。在散射過程中，散射光圖光敞射示意圖在強(qiáng)度、方向、偏振態(tài)乃至頻譜上都有可能與入射光有所不同，如幽所示。光波在光纖中的傳播過程葉產(chǎn)生的散射主要有三種：瑞利散射、柿里淵散射和拉曼散射，這三種散射光信號(hào)的頻譜分布如圖所示：強(qiáng)度圖光纖中的光散射及頻譜分粕）瑞利散射：瑞利散射是入射光與介質(zhì)中的微觀粒了發(fā)生彈性碰撞所引起的，散射光的頻率與入射光的頻率相同，是光纖強(qiáng)度罐高的散射光成分。）布掣淵敞射：如艱淵散射是光纖中的光

16、學(xué)光子干聲學(xué)聲子發(fā)生仆彈性碰撞而產(chǎn)小的，強(qiáng)度比瑞利散刺小，在波長巾單淵頻移約為¨。）拉曼散射：拉曼敞射是光纖葉的光學(xué)光了和光學(xué)聲予發(fā)，非彈性枷攛而產(chǎn)生的，強(qiáng)度比如啦淵救舅小個(gè)數(shù)量級(jí)。華北電力大學(xué)碩十學(xué)位論文在圖所示光纖背向散射頻譜分布圖中，激發(fā)線（）兩側(cè)的頻潛是成對(duì)出現(xiàn)的，在低頻側(cè)頻率為一（為散射譜線與¨的頻差）的散射光為斯托克斯光（）；在高頻側(cè)頻率為“的散射光為反斯托克斯光（），卸里淵散射和拉曼散射同時(shí)包括和。在自發(fā)布早淵散射情況下斯托克斯光和反斯托克斯光的強(qiáng)度相當(dāng)。布里淵散射光波與聲波在光纖中傳播時(shí)相互作用而產(chǎn)生布里淵散射的過程，在不同的條件下，分別以自發(fā)散射和受激散射

17、兩種形式表現(xiàn)出來“”“，下面分別對(duì)自發(fā)布里淵散射（）和受激布里淵散射（）進(jìn)行介紹。自發(fā)布里淵散射自發(fā)布里淵散射過程如圖所示，為簡單起見，僅給出了散射過程。泵浦光敞射光冊(cè)聲波圖自發(fā)布里淵散射過程示意圖可從力學(xué)和量子物理學(xué)兩個(gè)方面介紹自發(fā)卻里淵散射過程。）根據(jù)力學(xué)上的經(jīng)典理論：在入射光功率不高的情況下，光纖材料分子的布朗運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生聲學(xué)噪聲，當(dāng)這種聲學(xué)噪聲在光纖中傳播時(shí)，其壓力差將引起光纖材料折射率的變化，從而對(duì)傳輸光產(chǎn)生自發(fā)散射作用。同時(shí)聲波在材料中的傳播將使壓力差及折射率變化呈周期性，周期性結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致散射光頻率相對(duì)于傳輸光有一個(gè)多普勒頻移，這種散射稱為自發(fā)卻里淵散射。）根據(jù)量子物理學(xué)理論：一個(gè)

18、泵浦光子轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的頻率較低的光子并同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的聲子；同樣地，一個(gè)泵浦光予吸收一個(gè)聲子的能量轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的頻率較高的光子。因此在自芨布早淵散射光譜中，同時(shí)存在能量相當(dāng)?shù)乃雇锌怂购头此雇锌怂箖蓷l譜線，其相對(duì)于入射光的頻移大小與光纖材料聲子的特性有直接關(guān)系。華匕電力人學(xué)碩十學(xué)位論文受激布里淵散射原理節(jié)所講的自發(fā)布里淵散射可以看作是一種在泵浦光功率不太高的情況下所產(chǎn)生的一種非線性自發(fā)光散射過程。由于構(gòu)成光纖的硅材料是一種電致伸縮材料，當(dāng)大功率的泵浦光在光纖中傳播時(shí)，其折射率會(huì)增加，產(chǎn)生電致伸縮效應(yīng)，從而導(dǎo)致大部分傳輸光被轉(zhuǎn)化為反向傳輸?shù)纳⑸涔?，產(chǎn)生另外一種布里淵散射過程，即受激布里淵散射。蚺”

19、，一泵浦光潞凳、，惹，蠲敷翹鏨，蠢一、禽禽忑二相互作川與電致伸縮效應(yīng)圖受激布旱淵散射過程示意圖光與泵浦光的相互作州聲波受激布里淵散射是光纖中一種重要的受撇非彈性散射，散射過程顯示了很強(qiáng)的受激特性：散射的強(qiáng)度高和方向性強(qiáng)。而且，還顯示出散射與分子等體系中特殊的激發(fā)有關(guān)的特殊性質(zhì)。物質(zhì)激發(fā)對(duì)應(yīng)于介質(zhì)中的聲波激發(fā)，這種聲波激發(fā)與介質(zhì)中的密度變化直接有關(guān)，它起因于介質(zhì)中的電致伸縮或吸收效應(yīng)”。所謂電致伸縮效應(yīng)，是指介質(zhì)在外電場存在時(shí)，山于能量變化，使得有電場的區(qū)域受到壓縮，導(dǎo)致密度增大，而密度的增火又會(huì)引起介電常數(shù)的故變。介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)聲波的存在最終導(dǎo)致有頻移的的產(chǎn)生。山十螋介質(zhì)具有很商的增益系數(shù)，因此在

20、實(shí)騎巾易。抉得強(qiáng)的向輸出。泵浦光存光纖中傳播時(shí)，其自發(fā)布單淵敞射沿泉浦光，匕【！人。碩。？似論文卡反的力。向傳播，當(dāng)泵浦光的曲！曼增人時(shí)，發(fā)衙川！淵敝射的強(qiáng)度增，增人到定樣瞍時(shí)，反向傳輸?shù)模ǎ┕夤?#168;泵浦光將發(fā)小涉作川，產(chǎn)，較強(qiáng)的十涉條紋，使比纖局部折射率人人增。這十羊于乜致絎效近就會(huì)產(chǎn)生個(gè)聲波，聲波的妞乍將激發(fā)出更多的幣哩淵敞射光，同時(shí)，激發(fā)水的敞射光又使聲波加強(qiáng)，如此十作用，產(chǎn)生很強(qiáng)的。棚塒于光波而毒，波的能量町以忽略，因此在考慮聲波的情況下，過程丌以概括為頻率高的象浦光的能量向頻率低的光轉(zhuǎn)移的過程。這樣，受激布甲淵散射可以看成是伍儀彳泵浦光存在的情況下在電致僻縮材料中傳播的光經(jīng)歷

21、了一個(gè)光增益的過程硭引。在受激布罩淵散射中，雖然理論上反斯托克斯和斯托克斯光都存在，一般情兌卜只表現(xiàn)為斯托克斯光。樣，在量子力學(xué)中，這個(gè)散射過程可看成是個(gè)泵浦光子的湮滅，同時(shí)產(chǎn)生了個(gè)光子和一個(gè)聲頻聲子。由于在散射過程中能量和動(dòng)量必須守恒，則三個(gè)波之間的頻率和波矢有以下關(guān)系；。，（）式中，和分別為泵浦光和光的頻率，和，是泵浦光和光的波欠，聲波頻率和波矢。滿足色散關(guān)系，矗，。一知。（）（）式巾，口為泵浦光與光之的央角，并且利用了，的關(guān)系。式（）表明，光的頻移與散射角有關(guān)，更準(zhǔn)確地說，在后向（石）有最大值，往日，向（口）為零。在單模光纖中，只有后向?yàn)橄嚓P(guān)方向，因此，僅發(fā)生：后向，且后向布罩淵頻移為心

22、，口一萬一，。（）式（）中，利用了馴，以為在泵浦波處的折射率。若取二，行，則對(duì)于石英光纖，在。附近，。盡管式（）預(yù)測(cè)布肇淵散射僅在后向發(fā)生，稚：光纖中自發(fā)布罩淵散射在前向也能產(chǎn)生，這是由于聲波的波導(dǎo)特性削弱了波欠選擇規(guī)則，結(jié)果前向產(chǎn)生了少量的【）光，這一現(xiàn)象稱為傳導(dǎo)聲波佰罩淵散射。實(shí)際上，頻譜在（）頻移范圍內(nèi)表現(xiàn)為多黿線，由于它非常弱，特別的是，它不攜帶分布犁傳感需的位置信息，本文再進(jìn)步討論。閾值闌值特性是的。霞要特性之一，即仃肖入射激光強(qiáng)度超過一定的激勵(lì)閩值所，。會(huì)發(fā)生。的閩值泉浦功率是指輸?shù)乃雇卸邓构夤β?！孑泉浦光功率卡等的輸入端泵浦光功率，此可得到發(fā)乍和：臨界泉浦功率，處的命咀淵閩值計(jì)華

23、匕力人碩卜節(jié)節(jié)論文解公式為弘薏仃（），廖為撕州！淵增益峰值，爿啊為仃效纖芯截面秘，夠赴光纖的彳效作用長度，其計(jì)算公式為啊【一（一吐）】口（）式中，是光纖長度，口是光纖衰減系數(shù)。若波長，利用典型光纖的參數(shù)值：彳夠。！，啊，口叫，則由式（）預(yù)測(cè)其臨界泵浦功率只，約為。由于受激布罩淵閾值如此之低，因而使成為光纖中主要的非線性過程。式（）預(yù)測(cè)的閾值只是一個(gè)近似值，而在實(shí)際中，很多因素會(huì)造成有效靠罩淵增益降低。例如，當(dāng)泵浦光完全無規(guī)偏振時(shí)，閡值增大；光纖摻雜濃度的徑向變化會(huì)導(dǎo)致該方向上聲速的微小變化，結(jié)果使閩值在一定程度上與制造光纖時(shí)光纖摻雜濃度的變化有關(guān)，光纖沿縱向的菲均勻性也會(huì)影響光纖中的有效缸罩淵

24、增益。在基于自發(fā)命罩淵散射的分布型光纖傳感系統(tǒng)中，主要是利用自發(fā)布里淵散射柬實(shí)現(xiàn)傳感。為了提高測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，往往希望在不發(fā)生受激布旱淵散射的情況下在傳感光纖中注入盡可能大的泵浦光功率，以得到盡可能強(qiáng)的自發(fā)布罩淵散射信號(hào)。對(duì)于不同的光纖，受激布罩淵散射閾值是不同的，因此，有必要對(duì)傳感光纖的受激布罩淵散射閾值進(jìn)行研究，以便確定系統(tǒng)適當(dāng)?shù)娜肜w功率。根據(jù)背向散射光丌始迅速增加或者傳輸光丌始出現(xiàn)飽和時(shí)的入射光功率可作為閾值的定義。特別說明的是，利用上述對(duì)閾值的定義柬劃分傳感光纖自發(fā)和受激白罩淵散射過程具有很大的誤差，因?yàn)樵谧园l(fā)布罩淵散射過程中，嚴(yán)格地說，斯托克斯和反斯托克斯光的強(qiáng)度應(yīng)該是相當(dāng)?shù)?，在?/p>

25、入光功率約為時(shí)，就已經(jīng)出現(xiàn)了斯托克斯光強(qiáng)度遠(yuǎn)大于反斯托克斯光強(qiáng)度的現(xiàn)象，這說明光纖中已經(jīng)發(fā)生了受激布罩淵散射過程。因仳，利用上述給出的在通信中適用的受激布罩淵散射閾值的定義柬確定傳感光纖的入纖功率不是一分恰當(dāng)，需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)具體參數(shù)山實(shí)驗(yàn)進(jìn)步加以確定，以保證傳感系統(tǒng)測(cè)最同時(shí)具備準(zhǔn)確阽和有效性。閾值的測(cè)量傳統(tǒng)的測(cè)鑲：閩值的方法足采用對(duì)光纖的傳輸光和鄧散射光的測(cè)量來確定其火小，得到傳輸光功率、辛外激射光功率入射光功率之的關(guān)系。受激以艱淵敞射閩值測(cè)量系統(tǒng)如圖所示。激光器選用公¨一一（）人，波變、，導(dǎo)體激光器，連續(xù)光輸助牢約為。淵衰減器的衰減范為：；。光功牢計(jì)選用武漢奧林特光乜設(shè)備彳限公；

26、）：，鉭光助二年汁，功率測(cè)髓范川為一（）十。首先將，淵衰減器的衰減凋劍最人，然后打：激光器，通過叮淵輊減器和耦合器將一連續(xù)供汴入劍光纖，用光功率計(jì)：位臀處測(cè)量光纖的傳輸光助二簪、位置處測(cè)量入射光功牢、位置處測(cè)量散射光功率。通過可調(diào)衰減器調(diào)節(jié)汴入劍光纖中的光功率，實(shí)現(xiàn)受激行單淵散射閡值的測(cè)量。光纖墨橫蠢泉鐸迎圖閾值測(cè)量系統(tǒng)框圖入射光功率以圖傳輸光、背向散射光與入射光功率之日的關(guān)系碟哥藩澀法娶坍專采對(duì)匕纖的傳輸光和亨陽散射光進(jìn)行測(cè)醚的方法叮以確定閩值的人小。選川（；光纖作為被測(cè)光鄉(xiāng)，繪出傳輸光功率、早子向散射光功率入射光功棼之的火系曲線，如圖所玎：。圖可見，隨著入射光的增加傳輸光功牢迅速變火，地：

27、與入射光功率超過后，傳輸光觀了飽和的趨勢(shì)。背向散射光隨著入射光的增緩慢增，似入射光功率附近時(shí)，背旬散射光功率丌女厶迅速增加。袱捌散射光：始迅速增或者傳輸光：始：現(xiàn)飽和時(shí)的入射光功率即為受激和！淵敞射閡值的定義，可以得劍（；光纖的閩值約為。使十的廳法測(cè)得大有效面積光纖（；的閾值約為。類型光纖中的效應(yīng)依傳統(tǒng)理論可分為兩種類型。州：）如果只有泵浦光注入光纖，那么光將在光纖中通過熱激發(fā)噪聲波引發(fā)的自發(fā)鄰罩淵散射而產(chǎn)生，并被不斷放大，當(dāng)泵浦光超過閾值時(shí)，就形成，可以把這種情況叫作噪聲起振，即所謂的發(fā)生器情形。）如果在泵浦光作用的同時(shí)，還持續(xù)作用著一束與泵浦光反向的光，這種情形可叫作種子光輔助起振，即所謂

28、的放大器情形。傳統(tǒng)的分類忽略了泵浦光與其反射光的相互作用。實(shí)際上，當(dāng)高功率泵浦激光入射到光纖時(shí)，反射光是不可避免的，并且沿泵浦光的光路反向傳播，按照傅罩葉分析，反射光罩必包含著具有種子光頻率的振蕩成分，這些成分和泵浦光相互作用，形成一種特殊的振蕩過程，可稱之為自供種子光模型過程。，下面通過耦合波方程組對(duì)過程進(jìn)行簡要的說明。效應(yīng)可以用一個(gè)含時(shí)的三維非線性偏微分方程組來描述。州，但就目前理論的發(fā)展水平而言，直接對(duì)其進(jìn)行解析求解是不可能的，所以人們發(fā)展了各種不同的近似方法和數(shù)值計(jì)算方法。根據(jù)泵浦脈沖寬度與聲子壽命的大小關(guān)系相比較，又可分為以下兩種。州：）瞬念的耦合波方程組由于光纖中的聲子壽命為

29、67;，一般當(dāng)泵浦脈沖寬度為幾十納秒或更小時(shí)，即聲子壽命與泵浦脈沖寬度具有相當(dāng)?shù)臄?shù)量級(jí)，則不能忽略光場振幅的時(shí)間變化，應(yīng)該將光纖中的布罩淵散射過程作為瞬態(tài)過程來處理。這種情況下描述光纖中效應(yīng)的理論稱為瞬念理論。根據(jù)瞬態(tài)理論，泵浦場和場由麥克斯韋（）波動(dòng)方程描述，光纖中的聲波場由納維一斯托兜斯（）能鞋傳輸方程給出，略去頻率為零及：倍頻光場項(xiàng)，認(rèn)為它們對(duì)白取淵共振激發(fā)起作川，并利用慢變振幅。瞬態(tài)盼近似可表勻÷成由個(gè)含時(shí)力樣組成的禍合波辦利組，慫堆二沁“改進(jìn)的；數(shù)學(xué)模型，即華北力人碩卜淪艾（）。式口、，和分別表示泵浦光、光、聲波場振幅；打表示聲子衰減系數(shù)，為聲子壽命；，和：代表過程的聲光禍

30、合系數(shù)；咒為光纖折射率；為真空光速；口為光纖衰減系數(shù)。式（）可采用有限差分方法編程進(jìn)行數(shù)值求解?！?#168;，由于方程組的求解過程十分復(fù)雜，此處不再贅述。）穩(wěn)態(tài)的耦合波方程組當(dāng)泵浦脈沖寬度比聲子壽命大很多時(shí)，比如泵浦脈寬達(dá)或更寬，過程隨時(shí)日變化不大，這樣可以近似認(rèn)為泵浦場、場和聲子場的振幅是不隨時(shí)問變化的，這種情況稱為穩(wěn)態(tài)理論。在穩(wěn)念或緩變情況下略去時(shí)間導(dǎo)數(shù)和空間二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，消去方程中聲波場變量，考慮到聲波頻率比光波頻率小很多，則有，因此，可將光場振幅的耦合波方程組改寫為魯一蒜三旌警一蒜一扛）其中盯彩七？擁風(fēng)，鈕罩淵線寬；七，與聲子壽命的關(guān)系為。若采用光強(qiáng)，一門蚓！妨，可由式（）得到泵浦光，

31、和。光，的強(qiáng)度耦合方程冬咄一謝云一口。刊（）一九捌其中，：；風(fēng)。）為穩(wěn)念增益系數(shù)。式（）叮知，入射光強(qiáng)沿進(jìn)力陽逐漸減弱，晰反斯托兜斯散射光則沿入射光前進(jìn)的方向傳播而逐漸增強(qiáng)，這種增姒作用化比：入射光強(qiáng)。二本文：嬰研究脈沖寬度在（）以：的（），系統(tǒng)中的郫效粒，岡此町以利川穩(wěn)態(tài)胖淪，后義所述受激前卑淵散射均屬穩(wěn)念理論的范疇，不特別說明。本文在第一秘將詳細(xì)介放人器情形的效避原理。墟啦如軋一一艫艘啪以乳戶戶一盟硼盟巾一赴一把一砸分布型傳感系統(tǒng)原理測(cè)量原理捧（），的分命型傳感原胖如劃所示，要實(shí)現(xiàn)分自弘傳感力能需要對(duì)被測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行定移，并對(duì)散射光的強(qiáng)度或頻牢進(jìn)行測(cè)量，下伯允介鄉(xiāng)“一下系統(tǒng)。圖基于的分布型傳感

32、原理散射點(diǎn)的定位脈沖光在傳輸?shù)耐瑫r(shí)，不斷產(chǎn)：背向瑞利散射光，由時(shí)鐘電路計(jì)算入射光和接收到散射光的時(shí)問差，可實(shí)現(xiàn)散射點(diǎn)的定位。假設(shè)在時(shí)刻，脈沖光入射到光纖，經(jīng)過時(shí)問，存發(fā)送端接收到散射光，則光傳播的距離為一（以）×（）其中，為真宅中的光速，為光纖的折射率。散射光沿與入射光相同的路線返，則散射點(diǎn)所處的化霄為刀（一）這樣便實(shí)現(xiàn)了散射點(diǎn)的定位。散射光功率的測(cè)量假設(shè)存理想情況下，光纖結(jié)構(gòu)均勻且沒有受到外界調(diào)制作】，可以認(rèn)為光纖的吸收損耗和散射損耗系數(shù)均為常數(shù)，此時(shí)光在光纖中的功率叮表示為（）一（）卜（，口。）】（）式，只（）為散射點(diǎn)的象浦光功率；（）為入射端的光脈功率；為散射點(diǎn)斟入射端的距離；

33、口，為散射擬牦系數(shù)；，為吸收損耗系數(shù)。此以得到散射點(diǎn)的一敝射光功率為織（），弓（）扣口，?。ǎ荆?，口。）即（一）式，為肯陽括捉系數(shù)。對(duì)：均勻的模光纖，背向捕捉系數(shù)為常數(shù)。所以在沒彳外凋制的情？兕卜散射光功率警指數(shù)規(guī)律、，汴卜降。然面，祚：實(shí)際光纖系統(tǒng)，由光纖結(jié)構(gòu)的均勻或仔舀：熔接點(diǎn)、動(dòng)連接器等，使散射強(qiáng)度曲線般如圖所示。散射強(qiáng)度距離圖基于的背向散射波形由圖可以看出，每段光纖都按指數(shù)規(guī)律平滑衰減，當(dāng)遇到活動(dòng)連接器或光纖始端、末端時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的端面反射，并產(chǎn)生損耗，遇到熔接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)塵熔接損耗，使散射強(qiáng)度突然下降。散射頻率的測(cè)量布罩淵散射頻率與光纖的溫度和應(yīng)變有關(guān)。如何獲得布罩淵散射信號(hào)的頻率信息是

34、傳感系統(tǒng)中非常重要的問題。目前布罩淵頻移的測(cè)量主要采用光域外差¨或電域外差方法，調(diào)整命罩淵散射信號(hào)中心頻率，或調(diào)整本振信號(hào)的頻率，以改變本振與散射信號(hào)的差頻信號(hào)的中心頻率，使不同頻率成份的信號(hào)依次通過帶通濾波器，得到一一系列的測(cè)試曲線，達(dá)到對(duì)整個(gè)信號(hào)譜進(jìn)行掃描的效果。然后擬合沿光纖分布的每個(gè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，找到幅度最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，則該頻率即為該點(diǎn)的卸旱淵頻移。傳感系統(tǒng)測(cè)量原理（）系統(tǒng)利光纖后向散射的門發(fā)確馳淵散射信號(hào)代替，的瑞利散射來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。）通過測(cè)量得到光纖傳輸損耗和擇種結(jié)構(gòu)缺陷引起的結(jié)構(gòu)性損耗，并示損耗（散射）度的關(guān)系求測(cè)毓外界場分缸于光纖：的擾動(dòng)信息。它利用光纖的背向前罩淵散

35、射頻率和強(qiáng)度對(duì)此鄉(xiāng)所受應(yīng)變和溫度十分敏感，而彳丁較好的線性關(guān)系，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行分布刑實(shí)時(shí)臨摔。于自發(fā)和罩淵散射光的靈敏忭，岡匕，人碩：。學(xué)侮論文它的測(cè)；建精度很高，粒叟的測(cè)砒精度達(dá)“數(shù)齡級(jí)：它；舷塒光纖進(jìn)行加：，集乏輸傳感一：一體，測(cè)試貨川氏：它，需對(duì)光纖沿線返的如淵散射光信號(hào)進(jìn)：處叫！叮，可實(shí)現(xiàn)距離分自掣測(cè)篷。測(cè)量方案訂，在基于的分自¨光纖溫度、應(yīng)變傳感系統(tǒng)葉，依檢測(cè)方法的不同可分為良接檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種方法，并具有不同的信噪比性能。（）直接檢測(cè)方案圖釜一直接檢測(cè)的佰暈淵傳感系統(tǒng)原理框圖基下自發(fā)布罩淵直接檢測(cè)原理框圖如圖所示。在該系統(tǒng)中，脈沖光通過定向耦合器入射到傳感光纖中，由，】

36、：背向散射光同時(shí)包含瑞利散射和布罩淵散射，而且瑞利散射比命罩淵散射大約，使得布罩淵散射完全淹沒在瑞利散射之中，并且包含很強(qiáng)的瑞利相干噪聲，所以在進(jìn)行光電檢測(cè)前必須用光濾波器濾除瑞利散射光，再進(jìn)行檢測(cè)處理。采用直接檢測(cè)，需要將微弱的夼罩淵散射從背向散射中分離出來后才能實(shí)現(xiàn)自發(fā)仃罩淵散射信號(hào)的測(cè)量。利刖法伽翟一珀羅干涉儀可實(shí)現(xiàn)布罩淵散射與瑞利散射的分離，但法命罩一珀羅干涉儀所，入的插入損耗較大，超過，給本來就很微弱的信號(hào)帶柬很大的衰減，對(duì)提五譬感精度、減小測(cè)量時(shí)間不利心心剛¨們。¨。為了克服這螋缺點(diǎn)，等人提的基于馬赫一曾德下涉儀檢測(cè)系統(tǒng)的靠罩淵分御犁湍度、應(yīng)變傳感系統(tǒng)，嬰利川傘

37、光纖馬赫一曾德干涉儀的窄帶濾波特性來實(shí)現(xiàn)自！淵放射與瑞利散射的分離以及自罩淵散射信號(hào)頻率的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)布艱淵傳感。¨帥。（）外謦檢測(cè)方案占：發(fā)衙罩淵外籌榆測(cè)的；（）傳感系統(tǒng)原刪框圖如罔一所示。該力案，按檢測(cè)方案的主要區(qū)別辦：光源發(fā)出的光被定向耦合器分成兩部分，部分兒人碩一論文乜光調(diào)制器調(diào)制成脈沖光后入射劍化感光纖，另一部分作為奉振光，與散射光起入射到光包檢測(cè)器上進(jìn)行外芹憐測(cè)。）（的簟頻分遙中他含瑞利散射噪聲，不必在檢測(cè)訂進(jìn)：濾波¨¨¨¨。小結(jié)圖外差檢測(cè)布罩淵傳感系統(tǒng)原理框圖本章詳細(xì)論述了布罩淵散射的基本理論，著重介紹了光纖中效應(yīng)的基本原理、閾

38、值、類型等，并測(cè)量了單模光纖閾值；討論了光纖中泵浦光場、斯托克斯場和聲子場相互耦合作用產(chǎn)生受激佰罩淵散射的機(jī)理和過程，給出了描述受激命罩淵散射的耦合方程，并分穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)情況作了較詳細(xì)的分析討論。簡要介紹了分布型傳感系統(tǒng)原理，傳感系統(tǒng)原理以及傳感方案等。此人學(xué)壩：論文第三章系統(tǒng)中的效應(yīng)拍）。傳感系統(tǒng)，劃為州二脈沖凋制的光淵制器的消光比有限，在系統(tǒng)將存作泄漏的連續(xù)光，該泄漏光必然會(huì)參與到系統(tǒng)，的斫淵散射過程中去，；對(duì)系統(tǒng)性能拉塵影響。本章將詳細(xì)介紹系統(tǒng)中隅效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理，并通過對(duì)和囀淵信號(hào)時(shí)域波形的仿真末驗(yàn)證系統(tǒng)中效應(yīng)理論的幣確性。研究背景李永倩等人對(duì)基于全光纖馬赫一曾德干涉儀的自發(fā)御肇淵分布型光

39、纖傳感系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究引，傳感系統(tǒng)基本框圖如圖一所示。洲加熱光纖光柵瓢孑廚虬幽耦合器傳感光纖薪翻糯器：聲光調(diào)制器：摻餌光纖放人器：布啦淵信號(hào)：瑞利信號(hào)：艤通馬赫一曾德干涉儀：樂電陶瓷圓筒：光電檢測(cè)器：放人器圖基于馬赫一曾德干涉儀的溫度傳感系統(tǒng)框圖圖一所示的系統(tǒng)中，背向散射在不經(jīng)過干涉儀分光前，信號(hào)幅度很大，其中主要是瑞利敝射和光纖端面反射，布罩淵散射信號(hào)完全被淹沒在背向散射中，通過馬赫一曾德二涉儀分光后，在布罩淵信號(hào)輸出端，瑞利散射得到了抑制，從背向散射信號(hào)中將微弱的，發(fā)佰罩淵散射（）信號(hào)分離出來，即可得到自發(fā)自艱淵散射的時(shí)域反射波形。如糶光纖的溫度條件發(fā)生變化，就可通過與溫度的相！關(guān)系實(shí)現(xiàn)

40、分布型溫度傳感。實(shí)驗(yàn)，傳感光纖是兩段熔接而成的，總長艘為，。泵浦脈沖光的重復(fù)頻；簪為，脈沖寬度為（），對(duì)應(yīng)的空兀分辨率為。激光器的輸出功二紅為，摻餌光纖放人器（？）泵油激光器的驅(qū)動(dòng)乜流叮凋，光電檢測(cè)器帶慌乃（）。器華北電力入學(xué)碩十學(xué)位論文在利用圖所示的傳感系統(tǒng)對(duì)自發(fā)御旱淵散射時(shí)域波形進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究過程中，觀測(cè)到了一些不同于一般系統(tǒng)波形的現(xiàn)象，抑制瑞利散射后在室溫?zé)o應(yīng)變變化條件下測(cè)得的典型時(shí)域波形如圖至圖所示。圖是使用單端入射方式并抑制了瑞利散射的時(shí)域波形，即普通的波形。從圖中可以看出，曲線并未呈現(xiàn)出典型波形的衰減分布，而在后端卻呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，考慮到瑞利散射已經(jīng)被抑制掉，而拉曼散射強(qiáng)度量級(jí)

41、很小，顯然造成曲線后端上升的原因不是因?yàn)槔⑸?，?jīng)過深入分析，此時(shí)系統(tǒng)中是因?yàn)楫a(chǎn)生了效應(yīng)，才使得曲線后端呈現(xiàn)出未衰減反而逐漸上升的現(xiàn)象，本章節(jié)將詳細(xì)闡述產(chǎn)生圖中處所示的曲線上升現(xiàn)象的原因。此時(shí)，已經(jīng)無法正常檢測(cè)帶有被測(cè)場分布信息的自發(fā)布里淵信號(hào)，圖中所示波形為自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射并存疊加的波形。；光驪皿議舸，護(hù)，±；±±光絹：始端反射÷÷÷。一÷圖驅(qū)動(dòng)電流為時(shí)的圖驅(qū)動(dòng)電流為時(shí)的波形波形進(jìn)一步增大放大器的輸出功率，在兩段光纖的熔接處存在明顯的熔接損耗，后端出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，由于泵浦光的衰耗，使大部分能量轉(zhuǎn)移到斯托克

42、斯光，布里淵增益呈現(xiàn)出飽和狀態(tài)。圖驅(qū)動(dòng)電流為時(shí)的波形光纖始端反射。熔妾點(diǎn)、。干??？矗。？一二一，；：夕÷±圖驅(qū)動(dòng)電流為時(shí)的波形扣瑩缸飛悄寸；接¨煦：蕊一始¨一齡冪；華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文圖驅(qū)動(dòng)電流為時(shí)的波形一一童一鬻：需耋蓮干涉圖驅(qū)動(dòng)電流為時(shí)的波形受激布里淵散射是單模光纖中最容易產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，閾值比較低，一般光纖放大器的輸出功率都達(dá)到了的閾值引，此現(xiàn)象的發(fā)生是由于系統(tǒng)中產(chǎn)生了效應(yīng)，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)移，使得波形發(fā)生畸變，如圖至圖所示。圖至圖中處所示，在入射端附近產(chǎn)生了效應(yīng)的馳豫振蕩，斯托克斯光的強(qiáng)度并不是單調(diào)地接近其穩(wěn)態(tài)值，而是表現(xiàn)為周期性馳豫振蕩。在入

43、射端附近，斯托克斯光的迅速增大消耗了大量泵浦波，導(dǎo)致增益下降，直到泵浦波的消耗部分通過光纖，增益彳重新恢復(fù)，以上過程重復(fù)進(jìn)行而形成了振蕩；造成曲線處現(xiàn)象的原因與處不同，圖至圖中處附近所示是因?yàn)椴祭餃Y增益早已達(dá)到了飽和狀態(tài)。上述圖至中的處和處以及光纖前端的干涉等現(xiàn)象的產(chǎn)生將對(duì)基于自發(fā)布里淵散射分布型光纖傳感的測(cè)量帶來負(fù)面影響，使得在進(jìn)行有用信號(hào)的處理時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，不能準(zhǔn)確提取出帶有被測(cè)溫度或應(yīng)變場分布信息的自發(fā)布罩淵散射信號(hào)，通常中的效應(yīng)是作為有害因素來排除的。然而，由于圖中處信號(hào)強(qiáng)度較大且呈上升趨勢(shì)，有可能對(duì)提高系統(tǒng)的傳感性能大有裨益陽們。因此，解析圖至中所示現(xiàn)象，深入研究系統(tǒng)中的效應(yīng)及其傳感應(yīng)用具有重要意義。理論分析深入研究系統(tǒng)中的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中效應(yīng)的產(chǎn)生原理與系統(tǒng)中的效應(yīng)原理在本質(zhì)上是一直的，為了解