Page 55 - 网络电信2024年2月刊
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式中，η表示FMF中介质材料的粘滞系数。 滤除自发辐射噪声；下支路由微波源(MG)驱动EOM2生成抑制载
通过对少模光纤与单模光纤的布里渊散射谱进行仿真，可 波的双边带信号，经EDFA2放大后由FBG2滤除自发辐射噪声和反
以获得如图1所示的布里渊散射谱。相较于单模光纤，由于FMF 斯托克斯光。两路光信号经耦合器合成后并经扰偏器(PS)降低
中不同模式下光入射角不同，且多种模式之间相互作用，因此 偏振衰落噪声后进入阶跃两模光纤(SI-2-FMF)。将微波调制连
其BGS会出现展宽。 续光在光纤尾端产生的菲涅尔反射光作为探测光与脉冲泵浦光
在SI-2-FMF中发生SBS作用，然后经可调滤波器(TOF)滤波后连
图1 少模光纤与单模光纤的布里渊散射谱
接光电探测器(PD),PD对携带SBS作用的光信号直接检测并由示
波器(OSC)进行采集和显示。
实验中，传感脉冲宽度为50ns、周期为12μs, 传感光纤分
别由约650,50,300m的三段SI-2-FMF构成，总长度为1km,其中50
m光纤置于水浴锅中进行温度控制。
图2 基于阶跃两模光纤的单端BOTDA温度传感实验系统
1.2 温度传感特性 2.2 实验结果分析
由于光纤材料的热光效应和弹光效应，FMF中布里渊散射的 实验采用的传感光纤为SI-2-FMF,标准长度为1 km, 光纤中
频移以及强度也会因此产生变化。温度和应变变化会引起光纤 可以稳定传输LP01,LP11a,LP11b三种模式，在本实验系统中，
折射率的变化，并影响光纤材料的泊松比、杨氏模量及材料密 将待测两模光纤与单模环形器利用法兰盘拼接。采用入纤脉冲
度等参量，进而影响光纤中的声速。 峰值为400 mW,入纤连续光2 mW,将微波源频率从10.73 GHz扫描
假设FMF处于自然松弛的状态，即应变为0,FMF的布里渊频 到10.90 GHz, 扫描步长为5 MHz。将SI-2-FMF呈自然松散状态
移与温度的关系式可表示为： 置于室温中，室温恒定在20.3 ℃;将其中50 m长SI-2-FMF放入
恒温水浴锅中进行加热，在30 ～70 ℃范围内进行温度测量，
以10 ℃为步进对BGS进行测量。为了保证待测SI-2-FMF均匀受
热，当温度达到预设值并稳定20 min后再进行温度测量，每次
（4） 测量都进行10 000次叠加平均，重复三次实验内容，并对三次
测量的实验数据做平均处理，对相关参数值进行分析，得到待
式中，k为光纤泊松比，E为光纤杨氏模量，ρ为光纤材料 测SI-2-FMF的温度特性。
的密度。
进一步地，可将FMF的BFS与温度T的关系简化为： 图3 室温下SI-2-FMF三维布里渊散射谱
（5）
由式(5)可知，只要温度系数CνT确定，就可以测得待测光
纤任意位置的温度变化。
二、基于两模光纤的单端BOTDA温度传感系统
2.1 实验系统搭建
采用如图2所示的单端BOTDA温度传感实验系统对阶跃两模
光纤进行温度特性测试。实验系统选用线宽为10.3 kHz的窄线
宽激光器，输出的光信号在经过分光比为50∶50的保偏耦合器
(PMC)后被分为上下两个支路，上支路光信号进入由任意波形函
数发生器(AFG)驱动的电光调制器(EOM1)进行脉冲调制，后经掺
铒光纤放大器(EDFA1)进行放大，并由光纤布拉格光栅(FBG1)来
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