BOTDA光纖傳感係統中電光調製（zhì）器和光纖（xiān）的選擇

布裏淵(Brillouin)傳感器是一種光纖傳感技術，在分布（bù）式溫度和應變傳感中具有越來越重要的地位（wèi），同時，這種技術在各種工業溫度測量，結構壽（shòu）命監測和管（guǎn）道監（jiān）控等領域的廣泛應用（yòng），對布（bù）裏淵時域分（fèn）析(BOTDA)提（tí）出（chū）了（le）越來越高的性能要求。

電光調製器（EOM）是BOTDA光學子係統中最關（guān）鍵的器件之一，選擇合適的電光調製器（qì）規（guī）格和工作（zuò）條件對係統的整體性能，一致（zhì）性和可靠性有著重要（yào）的影響。

傳感元件，即（jí）光纖，也必須根據目標溫度範圍和是否存在輻射仔細選擇。

傳統BOTDA係統中有2個電（diàn）光調製器：脈衝（chōng）產（chǎn）生的EOM1（泵浦信號）和EOM2用於產（chǎn）生傳感光纖的布裏淵頻移（相對於泵浦（pǔ）光頻率（lǜ））的（de）種子光信號。 通常條件下（xià），SMF-28的布裏淵頻（pín）移為10.820GHz，通過（guò）在傳感光纖的另一（yī）端注入EOM2產生的探測種子信號，布（bù）裏淵背向（xiàng）散射是一個（gè）受激過程，信（xìn）噪比較高。

BOTDA係統的重要指標是空間分辨率、溫度/應變分辨率、最大測（cè）量範圍和測量速度。

空（kōng）間分辨率是分布式光纖傳感器中兩個數據點之間的最（zuì）小（xiǎo）可分辨距離。一般來說，這取決於（yú）脈衝寬（kuān）度，而減小脈寬將增加空間分辨率（lǜ）。對於傳統（tǒng）的BOTDA係統，典型的空間分辨率為一米左右。隨著脈寬降到10ns以下，由於背（bèi）向散射信號的展寬（kuān），要測量的（de）峰值（zhí）和要確定的布裏淵頻移（BFS）變得越來越困難。但是，對傳統的BOTDA的（de）改進，如（rú）雙脈衝或DP-BOTDA，可以（yǐ）分別實現亞米或20cm的空間（jiān）分（fèn）辨率，此時脈寬和脈寬間（jiān）隔分別是（shì）2 ns和5ns。

圖（tú）2顯示了（le）強度電光調製器的傳輸函數(MTF)產生光脈衝的原（yuán）理。對於脈衝寬度約為1ns的BOTDA應用，10Ghz帶寬的（de）EOM和小於100ps的上升/下降沿完全符合要求。另外EOM能夠產生並維持的高消光比（ER，也可理解為信噪比）脈衝，對BOTDA係（xì）統也是至關重（chóng）要的。

當連續激光（guāng）被調製成短脈衝時，低消光比的電光調製器（qì）會（huì）導致連續激光（guāng）的（de）泄（xiè）漏，如20dB消光比的調製器，輸（shū）入的連續光功率100mW，會（huì）有（yǒu）約為1mW的連續光泄漏。而EOM產生的脈衝和其泄漏光（guāng）後續（xù）被光放大器放大，並注入（rù）到傳感光纖中。對於遠程BOTDA測量係統，一般需要消光比ER>32dB以（yǐ）減輕泄漏光影響。

泵浦脈衝的消光比（bǐ）直接（jiē）影響整個BOTDA測量係統的信噪比。因此，高消光比EOM直接影響BOTDA係統的最（zuì）大測量範圍和測量速度。MXER-LN係列強度調製器是高性（xìng）能調製器，具有優（yōu）越的消光比。該產（chǎn）品的設計依賴於iXblue的“Magic Junction”（專利號n° US2008193077）。MXER-LN係列強度調製器是BOTDA應用中需要高消（xiāo）光和高帶（dài）寬組合的關鍵器件。

DR-VE-10-MO射頻驅動器，是設計用於驅動脈衝、模擬或數字（zì）應用的铌酸鋰電光（guāng）調製器的放大器（qì）模（mó）塊，以（yǐ）產生不失真的（de）光脈（mò）衝（chōng）。在BOTDA係統中，電脈衝信號的占空比很長。為了產生清晰的光脈衝，在保持高消光比（bǐ）ER的同時，具有銳利的邊緣、持續的高低電平以及無overshoot，BOTDA光脈衝信號產生需要具有合適特性的（de）特定射（shè）頻放（fàng）大器，如DR-VE-10-MO。

DR-VE-10-MO驅動器針對（duì）從10Hz到1GHz的低和高脈衝重（chóng）複頻（pín）率（PRF）信號進行了優化。帶寬（kuān）高達12GHz，可產生最低70ps脈衝寬度，超短上升和下降沿（24ps），並（bìng）可適用最（zuì）高300ns脈寬的脈衝。

DR-VE-10-MO驅動采用緊湊的連（lián）接模塊，與iXblue的EOM的射頻接口直接匹配（幾何尺寸一致）。該驅動使用單一的電壓電源，方便和（hé）安（ān）全的使用，並具有圖形用戶（hù）界麵，其中集成了最大的靈活性輸出電壓控製。

在實際應用中，可靠的BOTDA係統在工業（yè）傳感應用（如（rú）結構壽命和管道監測（cè）），需要產（chǎn）生具有可重複特性的光脈衝，因此需要光學器（qì）件在長時間內穩（wěn）定運行以及抗幹擾的可靠性。

EOM中的Mach-Zehnder幹涉儀由於（yú）溫度變化（huà）、熱（rè）不均勻性、老（lǎo）化、光折變效（xiào）應、靜電荷積累等環境效應（yīng）而產生偏置點漂移。偏置點漂移將會導致傳遞函數MTF偏離調製信號的工作（zuò）點。因此，輸出脈衝的消光比和脈衝寬度等特性（xìng）會受到幹（gàn）擾。

直流偏壓點的（de）漂移可以使用iXBlue的MBC（調製器偏壓控製器）解決（jué）方案（àn）進行主動監測和控製（zhì）：台式儀（yí）器MBC-DG-LAB或MBC-DG-board鎖定用於BOTDA應用的Mach-Zehnder調製器的工作點。

在傳統的BOTDA係統中，需要第二個EOM來產生探測所需的種子信號，該種子信號的光頻率（lǜ）被鎖定（dìng）到泵浦光（guāng）脈衝的光（guāng）頻率，但被布裏淵頻移（BFS）偏移，對於SMF傳感光纖，通常為10.8 GHz。該種子信號的頻率也被逐級掃描或調（diào）諧，以檢測傳（chuán）感光（guāng）纖BFS周圍布裏淵（yuān）增益譜（BGS）的變化。通常，根據所需的分辨率，使用500 kHz，1MHz或5MHz的頻率步長（zhǎng）。

使用EOM產生這種可調諧光頻移有幾種選擇，其中（zhōng）2種最常用的是帶光學濾波的雙邊帶（dài）-載（zǎi）波抑製調製（DSB-SC）和載（zǎi）波抑（yì）製-單邊帶（dài）調製（CS-SSB）。

高度通用的MX-LN-10有一個X-cut設計，廣泛的工作條件，以（yǐ）及零啁啾性能和無與倫比的（de）穩定性。iXblue專有的波導設計提供了低插入損耗和高消光比。MX-LN-10由於具有高（gāo）帶寬、穩定性好和低插入損耗，非常適合（hé）用於BOTDA係統的DSB-SC。DR-AN-10-HO是一種寬（kuān）帶射頻放大器模塊，設計用於頻率高達11GHz的模擬應用。DR-AN-10-HO具有低噪聲係數和線性傳遞（dì）函數的特點，其1dB壓縮點大於23dBm。它在整個帶寬上表現（xiàn）出平坦的群延遲和增益曲線（xiàn），波動很小，該放大器模塊非常適合匹（pǐ）配（pèi）MX-LN-10做DSB-SC應用。 利用MBC-DG-LAB和MBC-DG-board可以鎖定馬赫-曾德（dé）爾調製器的工作點，保證了對偏置漂移的長期穩（wěn）定性（xìng）。

BOTDA係統的其他組件包括偏（piān）振擾（rǎo）頻器（qì）和FBG邊帶濾波器。

偏振擾偏器（qì）：布裏淵散（sàn）射對偏振敏感。通（tōng）過對信號的偏振態進行擾亂可以緩解這個問題。偏振態擾亂（luàn）提高了信噪比，縮短了測量時間，提高了測量精度、分辨率和（hé）測量範圍（wéi）。PSC-LN是一種緊湊的（de）高速電光偏振擾偏（piān）器。這鍾（zhōng）集成光學器件具有低損耗的單模（mó）波導，可以在從直（zhí）流到10GHz以上的頻率範圍內偏振擾偏，在超過100nm的波長範圍內工作。

FBG邊帶濾波器：光纖布拉格（gé）光柵（FBG）可用作（zuò）BOTDA係統（tǒng）的DSB-CS邊帶濾波（bō）器。IXC-FBG是（shì）一種光纖（xiān）布拉格光柵，通過多年來的技術積累，iXblue可以提供高度定製的FBG，這些（xiē）FBG可以放入特（tè）殊的（de）封裝（zhuāng）外殼中（zhōng）以保證對環境的（de）不敏感，用於去除BOTDA係統中不需要的DSB-CS邊帶（dài）。

傳感光（guāng）纖：在一般情況（kuàng）下（xià），標準SMF光纖就足夠了；但溫度超過85度、 光（guāng）纖的標準塗覆（fù）層不能承受如此高的溫度，會熔（róng）化。iXblue提（tí）供含酰化高溫塗層的光纖最高可達（dá）130°C、 含聚酰亞胺塗層高達300°C，甚至鋁塗（tú）層高達400°C。在空間（jiān）或核輻射環境中，還需要具有抗輻照保證（zhèng）（Radiation Induced Attenuation-RIA）的特定光（guāng）纖。

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