非线性光学作业2.doc

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1、非线性光学读书笔记最近我阅读了一篇关于布里渊散射分布式光纤传感器的文章，该文章介绍了利用布里渊散射现象而实现传感的基本原理，并介绍现阶段基于布里渊散射的分布式光纤传感器的三个主要的研究方向。文章首先介绍了什么是分布式光纤传感器，它在普通光纤传感器的基础上，充分利用了光纤的一维空间连续分布的特点，可以准确地测出光纤沿线上任一点被测量场在时间上或者空间上的信息分布。这样就像人类的神经系统一样，可以对长距离、大范围的城市煤气管道、输油管线等进行检测。目前对于分布式光纤传感器的研究主要集中在：基于瑞利散射的分布式光纤传感技术、基于拉曼散射的分布式光纤传感技术、基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

2、。其中基于瑞利散射和拉曼散射的研究趋于成熟，并逐步走向实用化。而基于布里渊散射的分布式光纤传感技术起步较晚，担由于其在温度、应变等方面的测量上拥有较好的测量精度，因而正在逐步得到大家的关注。接下来文章介绍了基于布里渊散射现象实现传感的原理。由于介质分子内部存在一定形式的振动，引起介质折射率随时间和空间周期性起伏，从而产生自发声波场。光定向入射到光纤介质时受到该声波场的作用而产生布里渊散射。光纤中布里渊散射通过相对于入射抽运波频率下移的斯托克斯伯的产生来表现，可看做抽运波和斯托克斯波、声波之间的参量相互作用，散射产生的布里渊频移量与光纤中的声速成正比，而光纤的折射率和声速都与光纤的温度及

3、所受的应力等因素有关，这使布里渊频移fB随这些参数的变化而变化，温度和光纤应变都会造成布里渊频率产生线性移动，即。实验发现布里渊散射光功率随温度上升而线性增加，随应变增加而线性下降，即布里渊功率可表示为。由于应变相对于温度对布里渊散射光功率的影响要小很多，一般可以忽略，而认为布里渊散射光功率只与温度有关。之后文章介绍了现在对于布里渊散射的分布式光纤传感器的研究主要集中在：基于布里渊光时域反射（BOTDR）技术的分布式光纤传感器、基于布里渊光时域分析（BOTDA）技术的分布式光纤传感器、基于布里渊光频域分析（BOFDA）技术的分布式光纤传感器。BOTDR的测量原理与OTDR技术相似，脉冲

4、光以一定的频率自光纤的一段入射，入射的脉冲光与光纤中的声学声子发生相互作用后产生布里渊散射，其中的背向布里渊散射光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，进入BOTDR的受光部和信号处理单元，经过一系列复杂的信号处理可以得到光纤沿线的布里渊背散光的功率分布。发生散射的位置至脉冲光的入射段，即至BOTDR的剧里Z可以通过来计算得到。之后按照上诉的方法按一定间隔改变入射光的频率反复测量，就可以得到光纤上每个采样点的布里渊散射光的频谱图，理论上布里渊散射光谱为洛伦兹线性，其峰值功率所对应的频率即是布里渊频移。如果光纤受到轴向的拉伸，拉伸段光纤的布里渊频移就要发生改变，通过频移的改变量与光纤的应变之间

5、的线性关系就可以得到应变量。BOFDA的基本配置如图1所示。图1BOFDA基本配置图BOTDA的传感原理是，传感光纤两端分别注入频率不同的脉冲光（泵浦光）和连续光（探测光），当二者的频差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，两束光发生布里渊散射，产生能量转移。检测从光纤一段耦合出来的连续光功率，可确定光纤各区域上能量转移达到最大时对应的布里渊频移，通过布里渊频移与温度的关系可以得到此处的温度信息。