遠程干涉型光纖傳感系統(tǒng)SBS及相位噪聲抑制技術研究.pdf

1、經過幾十年的發(fā)展，干涉型光纖傳感技術已經在水聲探測，石油勘探，地震波檢測等領域得到了廣泛的應用。隨著光放大技術與陣列復用技術的發(fā)展，干涉型光纖傳感系統(tǒng)正在向遠程化，陣列規(guī)?；较虬l(fā)展。然而，隨著系統(tǒng)傳輸距離的增加，光纖中非線性效應如受激布里淵散射(SBS)，四波混頻(FWM)，調制不穩(wěn)定性(MI)等閾值降低，對系統(tǒng)性能產生嚴重影響。其中 SBS是遠程干涉型光纖傳感系統(tǒng)中閾值最低的一種非線性效應，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，嚴重影響干涉型光纖傳感系統(tǒng)的檢測靈敏度。SBS抑制技術在光纖放大器與光纖通信領域研究較多，光纖放大器主要關注SBS對光功率的損耗，光纖通信中還關注SBS對數(shù)字光信號誤碼率或信噪比的影響。對于遠程干涉型光纖傳感系統(tǒng)，除關注SBS對系統(tǒng)傳輸功率的影響外，更重要的是關注長距離傳輸光纖中SBS累積效應對系統(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

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

4、技術與參數(shù)匹配干涉技術。利用這兩種抑制技術，相位調制在有效抑制系統(tǒng)SBS的同時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)新點之一。
　　光頻調制通過對激光器輸出頻率進行直接調制以抑制 SBS。本文深入分析了光頻調制抑制遠程光纖中SBS的物理機理，建立了一個簡單的光頻調制抑制SBS理論模型，且實驗結果驗證了理論模型的正確性。文章討論了基于PGC調制解調系統(tǒng)中光頻調制參數(shù)的選擇問題，給出了干涉儀光程

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