光纤喇曼散射及其在分布式温度传感中的应用研究

摘要

分布式光纤温度传感(DTS)技术利用光纤中喇曼散射光的温度敏感特性来实现温度传感。与传统传感器相比，DTS在分布式传感和特殊环境下传感等方面具有较大的优势。光纤喇曼放大器是基于光纤里的受激喇曼散射效应的光放大器，与掺铒光纤放大器相比，它具有可利用传输光纤进行分布式放大、增益带宽由泵浦波长决定等优势。
　　 本文的选题来源于国家973计划项目(2010CB327605)、国家自然科学基金重点项目(60736039)、国家自然科学基金项目(11004110)和中央高校基本科研业务费专项资金资助等项目，以分布式光纤喇曼温度传感和光纤喇曼放大器为研究重点，进行了相关的理论和实验研究。完成的主要研究工作和创新点如下：
　　 1，采用多纵模激光器作为泵浦源，研究了前向泵浦和后向泵浦结构下光纤喇曼放大器的输出光谱。在前向泵浦时观察到多波长输出，波长数大于100个。
　　 2，分析和研究了多波长输出现象的产生机理。提出泵浦源的多个纵模和信号光之间的四波混频效应是多纵模激光器前向泵浦光纤喇曼放大器中的多波长产生的根本原因。通过实验测量了在不同的信号光波长下输出光谱中相邻波长间隔，实验测量结果与理论计算一致，证明了理论的正确性。
　　 3，设计、搭建并研制成功一套分布式光纤喇曼温度传感系统，并以提高系统性能为出发点对数据滤波、温度解调和数据处理等方面进行了研究。对单模和多模光纤的喇曼散射强度和受激散射阈值进行了研究，得出采用多模光纤可以提高系统性能的结论。提出了累加平均和小波去噪相结合的滤波方法，相比于单纯的累加平均能够更快速有效地提高系统信噪比。
　　 4，提出在DTS中引入温度参考光纤，减少了光电探测模块受外界温度变化而引起的系统测量误差。设计并实现了相关的单元模块，取得了较好的实验结果。