遠(yuǎn)程干涉型光纖傳感系統(tǒng)SBS及相位噪聲抑制技術(shù)研究.pdf

1、經(jīng)過幾十年的發(fā)展，干涉型光纖傳感技術(shù)已經(jīng)在水聲探測，石油勘探，地震波檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著光放大技術(shù)與陣列復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，干涉型光纖傳感系統(tǒng)正在向遠(yuǎn)程化，陣列規(guī)?；较虬l(fā)展。然而，隨著系統(tǒng)傳輸距離的增加，光纖中非線性效應(yīng)如受激布里淵散射(SBS)，四波混頻(FWM)，調(diào)制不穩(wěn)定性(MI)等閾值降低，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其中 SBS是遠(yuǎn)程干涉型光纖傳感系統(tǒng)中閾值最低的一種非線性效應(yīng)，它不僅使前向傳輸功率大量損耗且造成系統(tǒng)相位

2、噪聲急劇增加，嚴(yán)重影響干涉型光纖傳感系統(tǒng)的檢測靈敏度。SBS抑制技術(shù)在光纖放大器與光纖通信領(lǐng)域研究較多，光纖放大器主要關(guān)注SBS對光功率的損耗，光纖通信中還關(guān)注SBS對數(shù)字光信號誤碼率或信噪比的影響。對于遠(yuǎn)程干涉型光纖傳感系統(tǒng)，除關(guān)注SBS對系統(tǒng)傳輸功率的影響外，更重要的是關(guān)注長距離傳輸光纖中SBS累積效應(yīng)對系統(tǒng)相位噪聲的影響。目前干涉型光纖傳感系統(tǒng)中SBS抑制研究較少，且抑制技術(shù)存在局限性，故有必要對干涉型光纖傳感系統(tǒng)中SBS抑制技術(shù)

3、進(jìn)行研究。
　　對于在實(shí)際環(huán)境中運(yùn)行的干涉型光纖傳感系統(tǒng)而言，相位調(diào)制與光頻調(diào)制是方便有效的SBS抑制方法。相位調(diào)制是指用相位調(diào)制器直接調(diào)制激光相位產(chǎn)生多頻激光以抑制SBS的方法，前人的研究顯示相位調(diào)制在抑制SBS的同時(shí)帶來附加相位噪聲，這限制了相位調(diào)制對干涉型光纖傳感系統(tǒng)中SBS的抑制效果。本文通過理論和實(shí)驗(yàn)研究了相位調(diào)制抑制SBS的物理機(jī)制；分析了相位調(diào)制導(dǎo)致附加相位噪聲的原因，提出了兩種技術(shù)有效抑制該附加相位噪聲：光調(diào)制解調(diào)

4、技術(shù)與參數(shù)匹配干涉技術(shù)。利用這兩種抑制技術(shù)，相位調(diào)制在有效抑制系統(tǒng)SBS的同時(shí)保持較低的相位噪聲，從而有效提高系統(tǒng)最大輸入功率和傳輸距離。這是本文最主要的創(chuàng)新點(diǎn)之一。
　　光頻調(diào)制通過對激光器輸出頻率進(jìn)行直接調(diào)制以抑制 SBS。本文深入分析了光頻調(diào)制抑制遠(yuǎn)程光纖中SBS的物理機(jī)理，建立了一個(gè)簡單的光頻調(diào)制抑制SBS理論模型，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論模型的正確性。文章討論了基于PGC調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中光頻調(diào)制參數(shù)的選擇問題，給出了干涉儀光程

5、差與光頻調(diào)制幅度需滿足的關(guān)系。指出選擇小光程差干涉儀，大光頻調(diào)制幅度時(shí)可以在獲得較高的SBS閾值的同時(shí)保持較低的系統(tǒng)相位噪聲。
　　本文對幾種SBS抑制技術(shù)進(jìn)行了綜合分析；討論了相位調(diào)制與光頻調(diào)制對系統(tǒng)傳輸距離提升的效果；總結(jié)了幾種SBS抑制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中調(diào)制參數(shù)選擇問題，綜合分析了幾種非線性效應(yīng)SBS，F(xiàn)WM，MI對系統(tǒng)相位噪聲的影響及其相互關(guān)系。搭建了175 km干涉型光纖傳感系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)的相位噪聲水平與近程系統(tǒng)相