Page 24 - 网络电信2016第8期

光通信 干涉谱中的两个波谷的间隔表示为:
图5 耦合器拉锥系统结构示意图

(12)

由式(3)可知，当纤芯模的两高阶模式的有效折射率差及其
长度LMMF2变化时，波长间隔Δλ也会改变。MMF2长度越长，其
干涉谱波长间隔越小。

耦合器两输出端的光强可以表示为: 基于OTDR的分布式振动传感技术

(8) 由于光纤纤芯的折射率起伏，光在其中传输时会发生瑞利
散射。一旦外界有振动信号作用于光纤，将会导致振动点处的
其中: M对一定的耦合结构和场分布是常量，l是耦合器的 光纤折射率发生变化，那么探测到的瑞利散射光的特性(光强、
长度，f为高频振动频率，v为振动在介质中的传播速率。两输 偏振态、频率、相位等)也会随之变化，据此确定振动的大小，
出端的光强差为: 根据回波时间确定振动位置，空间分辨率由脉冲宽度决定，这
就是OTDR技术测量振动的基本原理。
(9)
1) 2011年电子科技大学的张晓霞、代志勇、朱燕等对偏振
光时域反射型(POTDR)振动传感器进行研究，解决了稳定非传感
光纤中的偏振态问题，而且实现多个外界扰动点的同时定位的
实验。其光路结构如图7所示。

图7 PODTR结构示意图

由式(1)～式(9)可以看出，耦合输出是耦合长度以及频率

的函数。式中 包含了振动信号的频率信息，

表示振动引起的耦合器输出变化的幅值。

5)后来童峥嵘等在此基础上对基于两个锥形的液位和温度

光纤激光传感器进行研究，文中设计的光纤激光传感器可以同

时测量液位和温度，由于输出波长对液位和温度敏感性不同，

液位灵敏度是0.422nm/mm，温度敏感性是0.031nm/°C。根据不

同的液位和温度的光谱响应，可以实现同时测量。其干涉仪结 当脉冲光入射进光纤，经起偏器起偏为偏振光，经耦合器
进入待测光纤，后向瑞利散射由环行器进入偏振分束器，分成
构如图6所示。 偏振态正交的2路偏振光，通过2个光电探测器检测这2路偏振态
的光强变化，定位振动点。
图6 双锥形结构示意图
定位原理: 设振动信号为F(t) ，用公式表示为:

(13)

式中:φ(t)=2φ(l)，kr为常数，由光纤材料决定，λ为自
由空间的波长，δ为泊松比，M为材料的杨氏模量，表示固体变

宽带光源BBS的光经过MMF2时会激发起纤芯的基模和多个高 形的难易程度，p11、p12表示光纤的光弹系数，n为光纤的折射
阶模式，由于不同高阶模式LPom和LPon的耦合系数各不相同，且
MMF2的包层被腐蚀，不满足弱导条件下的传输常数差公式，对 率， 是相位差随时间的变化率，相位差变化越快，双折射
于高阶模式，其纵向传输常数差为:
现象越强，振动信号越强。最终通过经过检偏器测量光纤中后
(10)
向散射光的光功率大小代表相位差变化率的量，由此判断振动
式中:nco,meff、nco,neff分别为被腐蚀的MMF2纤芯模的第m 阶
和第n阶模式的有效折射率。将MMF2的长度记为LMMF2，当到达 点的位置。
MMF2右端熔接处时，满足相位匹配(βm－βn)LMMF2=2π(2N+1)(N
为整数)的条件的光发生干涉，干涉波长满足 2)2012年胡佳成等对基于布里渊光时域反射型振动传感入

(11) 侵定位检测系统做了研究，采用基于纤维增强塑料光纤的相位

敏感入侵检测系统，在8km探测距离上实现了100m的定位分辨

率。BOTDR双参量测量系统的结构如图8所示，由于BOTDR接收的

是自发布里渊散射光，光功率较弱，和瑞利散射光的频谱间隔

只有11GHz左右，所以系统采用光相干检测技术，可以同时完成

34 网络电信 二零一六年五月