APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计

针对传统单脉冲布里渊光时域反射系统信号微弱、性能提升受限的问题,提出了一种雪崩光电二极管（APD）检测器本地外差检测的格雷（Golay）编码布里渊光时域反射系统。分析了Golay码应用于该系统的编解码原理及系统外差检测原理,讨论了光纤受激布里渊散射阈值对编码系统平均入纤功率的限制,推导了系统信噪比的数学表达式,研究系统信噪比与APD倍增因子、编码长度的关系,分别得到了APD最佳倍增因子和系统最佳编码长度的表达式。MATLAB仿真结果表明,选用带宽为500 MHz的APD光电检测器和峰值功率50 mW、脉冲宽度100 ns的入纤脉冲时,系统APD倍增因子和编码长度均存在最佳值,系统最佳编码长度的确定不仅依赖于系统的散粒噪声和热噪声功率,还由光纤受激布里渊散射阈值共同决定。经优化计算得,该系统的APD最佳倍增因子为5,最佳编码长度为128位时,在25 km光纤末端的系统信噪比比传统单脉冲系统提高了26.42 dB,温度和应变分辨率分别达到了1.60℃和35.48。     

受激布里渊散射光纤陀螺中光纤光源的阈值光功率研究

从非线性受激布里渊散射产生机理出发 ,研究了受激布里渊散射光纤陀螺 (SBS- FOG)中光纤光源的阈值光功率与光源谱宽及保偏光纤敏感环参数之间的函数关系 ,为进一步研究这种光纤光源的构造以及建立受激布里渊散射光纤陀螺系统打下了理论基础。     

单模光纤中受激布里渊散射阈值研究

分析和讨论了受激布里渊散射(SBS)阈值计算的Smith模型和Küng模型,研究了更为准确估算光纤中布里渊散射阈值的方法,通过布里渊增益系数与光纤长度的关系,发现对于较短长度光纤,其布里渊增益系数随着光纤长度变化范围较大,仅在长距离光纤时,布里渊增益系数才可以近似为常数。实验测量了25 km单模光纤的受激布里渊散射阈值,推导出用布里渊时域反射仪(BOTDR)测量受激布里渊散射阈值计算公式,最后用布里渊时域反射仪测量了不同长度光纤受激布里渊散射阈值,实验结果与理论分析吻合。     

基于高非线性光纤中SBS效应的慢光系统

实验研究了高非线性光纤(HNLF)中受激布里渊散射(SBS)的阈值、增益谱、放大特性及其慢光特性,并与普通单模光纤(SMF)进行了对比分析。测量实验表明,HNLF在线宽100MHz的泵浦激光作用下,SBS的阈值为60mW,增益带宽为150MHz,获得的最大慢光延迟量将近15ns,延迟谱与增益谱较好对应。对基于SBS的未来全光通信系统中的高性能光延迟线或全光缓存器具有重要的参考价值。     

增益型受激布里渊相移谱宽范围功率特性

相移谱的功率依赖特性对矢量布里渊光时域分析系统的优化设计具有重要意义。对增益型受激布里渊散射（SBS）相移谱进行了建模分析；搭建了外差pump-Stokes系统，在5~90 mW泵浦光功率和5 W~9 mW斯托克斯光功率范围内测量了400 m标准单模光纤的增益型SBS相移谱；分析了Stokes光功率影响增益型SBS相移的机理。结果表明:当固定Stokes光功率时，增益型SBS相移范围与泵浦光功率成良好线性关系；因泵浦耗尽作用的影响，导致当Stokes光功率由5 W上升至8 mW时，增益型SBS相移范围的泵浦光功率灵敏度由1.448（）/mW下降至1.156（）/mW。根据理论和实验结果，对增益型VBOTDA系统进行了优化设计分析，为其在长距离和高精度传感领域的发展奠定了基础。     

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的解析模型与仿真

将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,利用由传感脉冲和经微波调制的预泵浦脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号,通过作为探测光的时间有限的预泵浦脉冲1阶边带的瑞利散射与传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的时域整形,减小非本地效应;通过预泵浦脉冲0阶基带和传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的谱域整形,有效地解决空间分辨率和测量精度之间的矛盾。利用频域法求解瞬态耦合波方程,建立了阶梯脉冲光在光纤中受激布里渊作用的解析模型。仿真结果表明,当传感脉冲宽度为5 ns、峰值功率为100 mW,预泵浦脉冲宽度为50 ns、峰值功率为16 mW时,在空间分辨率0.5 m内受激布里渊散射增益在0.14 m处达到最大值,然后近似线性下降至0.37 m处,其余位置近似为零;系统布里渊散射谱宽近似为35 MHz,约为传统瑞利布里渊光时域分析系统布里渊谱宽212 MHz的1/6,在相同空间分辨率下提高了频率测量精度。     

光纤通信中声子损耗对受激布里渊散射的影响

对光纤通信系统中的受激布里渊散射（SBS）以及声子损耗对SBS的影响进行了研究.理论上,通过数值计算得出增大声子损耗能够提高布里渊阈值的结论;实验上,测量了不同长度的光纤在不同输入光功率下的反向Stokes光及输出光,观察了光纤中加入声子阻塞器对SBS阈值的影响,并测量了阻塞器位于光纤中不同位置时的SBS.研究结果表明,在光纤线路中加入声子阻塞器可以提高SBS阈值,而且在光纤的不同位置的阻塞器对SBS影响有所不同,在被测的60 km光纤上起点30 km处插入阻塞器时的布里渊阈值最高.     

光纤受激布里渊散射阈值分析与实验研究

受激布里渊散射(SBS)是光纤中一种非常重要的非线性效应,并且其阈值较低,在光纤中极易产生,造成光纤系统中作为信号载体的入射光的能量损耗,并且其后向散射光有可能对光源造成损害,从而限制进入光纤功率及系统的传输距离。从受激布里渊散射的基本原理出发,分析讨论了受激布里渊散射阈值与光源调制频率、光源线宽、光纤长度及损耗系数的关系。设计并搭建了实验系统,实际测量得到了19.5 km的G.653光纤受激布里渊散射阈值,实验结果与理论计算吻合。     

基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器

为了抑制受激布里渊散射效应, 提高单频窄线宽种子源的放大功率, 采用主振荡功率放大器结构, 并对光纤长度、纤芯直径和抽运参量进行优化, 实现了42W的1064nm信号光输出。实验中, 一级放大采用914nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径10μm, 长度8m;二级放大采用976nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径20μm, 长度2.4m。在种子光功率40mW、一级放大的抽运功率6.8W、二级放大的抽运功率85W时, 得到了42W的1064nm信号光输出。结果表明, 光光转换效率约49.4%, 偏振消光比27.5dB; 输出信号光中心波长1064.5nm, 线宽约70MHz, 保持了种子光的单频特性。在42W连续输出时没有观察到受激布里渊散射, 继续增大抽运功率, 有望实现更高功率的放大。     

提高受激布里渊散射阈值的研究与实现

通过增大入射光线宽来提高光传输系统中的受激布里渊散射的阈值光功率。首先在理论上分析通过改变直接电流调制和电吸收调制器的调制电流能增大入射光线宽,从而得出可以采用这两种方法来增大受激布里渊散射的阈值光功率;然后通过实验验证了其效果。实验结果显示,通过改变直接电流调制和电吸收调制器的调制电流,使受激布里渊散射的阈值光功率增大了约5dB。因此可以采用这两种方法来提高受激布里渊散射的阈值。     

A useful method for determination of optimal fiber input power in spontaneous Brillouin-scattering-based sensing system

A method for the optimal fiber input power determination is presented by employing the variation characteristics of signal to noise ratio (SNR) in spontaneous Brillouin-scattering-based sensing system. And a heterodyne detection system is constructed for measuring the Brillouin scattering spectra with different fiber input powers. The Brillouin spectrum width and system SNR can be simultaneously measured from these spectra, and the optimal fiber input power can be obtained from such information. In the experiment, for 48.8-km-long standard single-mode fiber (SSMF), the optimal fiber input power values are all approximately 0 dBm obtained by the maximum SNR position for different local oscillator power values and average times.     

单模光纤受激布里渊散射阈值分析与计算

受激布里渊散射是光纤一种非常重要的非线性效应,不同光纤的受激布里渊散射阊值不同。在光纤通信系统和光纤分布式布里渊传感系统中,受激布里渊散射阈值的研究非常必要。设计并搭建受激布里渊散射阈值测量系统,实验测量了普通通信光纤（G．652）、大有效面积的非零色散位移光纤（G．655）在常温时的受激布里渊散射阈值。通过阈值测量可知,G．655光纤阈值明显大于G．652光纤,所以无论对于光纤通信系统,还是自发布里渊传感系统,都应优选G．655光纤。     

Amplification Effect on Rayleigh Scattering and SBS in 25 km Distributed Fiber Raman Amplifier

The amplification effect on stimulated Brillouin scattering （SBS） and Rayleigh scattering in the backward pumped G652 fibers Raman amplifier have been researched. The signal source is a tunable narrow spectral bandwidth （〈10 MHz） ECL laser and is pumped by the tunable power 1427.2 nm fiber Raman laser. The Rayleigh scattering lines are amplified by fiber Raman amplifier, and Stokes stimulated Brillouin scattering lines are amplified by fiber Raman amplifier and fiber Brillouin amplifier. The SBS lines total gain is a production of the gain of Raman and the gain of Brillouin amplifier. In experiment, the gain of SBS is about 42 dB and the saturation gain of 25 Ion G652 backward FRA is about 25 dB, so the gain of fiber Brillouin amplifier is about 17 dB.     

Input power limits of single-mode optical fibers due to stimulatedBrillouin scattering in optical communication systems

Stimulated Brillouin scattering (SBS) limits the optical power that can be transmitted through a single-mode fiber in long-distance optical communication systems, the authors have investigated SBS gain and threshold characteristics with amplitude-shift-keying (ASK), frequency-shift-keying (FSK), and phase-shift-keying (PSK) modulated lights to estimate the input power limitation set by SBS. It was shown that maximum fiber-input powers or the SBS thresholds for fixed-pattern (1010 . . .) ASK, FSK, and PSK modulated lights are 2, 4, and 2.5 times higher, respectively, than the threshold for unmodulated light. Theoretical predictions were experimentally verified by SBS gain measurements with FSK and PSK modulated lights. The first direct observation of SBS with FSK modulated light pumping is also described     

基于瑞利散射的单端BOTDA系统温度特性研究

提出一种不受电光调制器传输曲线温度漂移现象影响的基于瑞利散射的单端布里渊光时域分析系统,并对系统所需的合成信号及温度特性进行分析,通过搭建单端布里渊光时域分析温度传感系统测量系统的温度特性.结果表明:通过测量布里渊增益谱获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系;由单端布里渊光时域分析温度测量系统获得的布里渊频移的温度系数为1.109 MHz/℃,与传统双端布里渊光时域分析系统获得的1.20 MHz/℃具有良好的一致性,在1.77 km光纤上可实现9.5m空间分辨率的温度传感测量.