BOTDA光纖傳感係統中電光調製器和光纖的選擇

布裏淵(Brillouin)傳感器是一種光纖傳感技術，在分布式溫度和應變傳（chuán）感中具有越來越重要的地位，同（tóng）時，這種技術在各（gè）種工（gōng）業溫度測量，結構壽命（mìng）監測和管道監控等領（lǐng）域的廣泛應用，對布裏淵時域分析(BOTDA)提出了越（yuè）來越（yuè）高的性能要求。

電光調製器（EOM）是BOTDA光學子係統中最關鍵的器件之一，選擇合適的電光調製器規格和工作條件對係統的整體性能，一（yī）致性和可靠性有著重要的影響。

傳感元件，即光（guāng）纖，也必須根據目標溫度範圍（wéi）和是否（fǒu）存在輻（fú）射仔細選擇。

傳統BOTDA係統中有2個電光調（diào）製器：脈衝產生（shēng）的EOM1（泵浦信號）和EOM2用於產生傳感光纖的布裏淵頻移（相對（duì）於泵浦光頻率）的種子光信號。 通常條件下（xià），SMF-28的布裏淵頻移為10.820GHz，通過在傳感光纖的另一端（duān）注入（rù）EOM2產生的探測種子信號，布裏（lǐ）淵（yuān）背向散射是一個受激過程，信噪比較高（gāo）。

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

空（kōng）間分（fèn）辨率是分布式光纖傳感器中兩個數據點之間的最小可分辨距離。一般來說，這取決於脈衝寬度，而減小脈（mò）寬將增加空間分辨率（lǜ）。對於（yú）傳統的BOTDA係統，典型的（de）空間分辨率為一米左右。隨著脈寬降到10ns以（yǐ）下（xià），由於（yú）背向散射信號的展寬（kuān），要測量的峰（fēng）值和要確定的布裏淵頻移（BFS）變得越來（lái）越困難。但是，對傳統的BOTDA的改（gǎi）進，如雙（shuāng）脈衝（chōng）或DP-BOTDA，可（kě）以分（fèn）別實（shí）現亞米或20cm的空間分辨率，此時脈寬和脈寬間隔分別是2 ns和（hé）5ns。

圖2顯（xiǎn）示了（le）強度電光調製器的傳輸函數(MTF)產生光脈衝的原理。對於脈衝寬度約為1ns的BOTDA應用，10Ghz帶寬的EOM和小（xiǎo）於100ps的上升/下降沿完全（quán）符合（hé）要求。另外EOM能夠（gòu）產生並維持的高消光（guāng）比（ER，也可理解為信噪比）脈衝，對BOTDA係統也是（shì）至關重要的。

當連（lián）續激光被調製成短脈衝（chōng）時，低消光比的電光調製（zhì）器會導（dǎo）致連續激光（guāng）的泄（xiè）漏，如20dB消光比的調製器，輸入的連續光功率（lǜ）100mW，會有約為1mW的連續光泄漏。而EOM產生的脈衝和其泄漏光後續被光放大器放（fàng）大，並注入到傳（chuán）感（gǎn）光纖中。對於遠程（chéng）BOTDA測量（liàng）係統，一般需要消光比ER>32dB以減輕泄漏光影響。

泵浦脈衝的消（xiāo）光比直接影響整個BOTDA測量係統的信噪比。因此，高消光（guāng）比EOM直接影響BOTDA係統的最大測量範圍（wéi）和測量速度。MXER-LN係列（liè）強度調製器是高性能調製器，具有優（yōu）越（yuè）的消光比。該產品（pǐn）的（de）設計依賴於iXblue的“Magic Junction”（專利號n° US2008193077）。MXER-LN係（xì）列強度調製器是BOTDA應用中需要高消光（guāng）和高帶寬組合的關鍵器件。

DR-VE-10-MO射頻驅動器，是設計用於驅動脈衝、模擬或（huò）數（shù）字應用的铌酸鋰電光調製器（qì）的（de）放大器模塊，以產生不失真的光脈衝。在BOTDA係統中（zhōng），電脈衝信號的占空比很長。為了產生清（qīng）晰的光脈衝，在保持高消光比ER的同時，具有銳（ruì）利的邊緣、持續的高低電（diàn）平以及無（wú）overshoot，BOTDA光脈衝信號產生需要具有（yǒu）合適特性的特（tè）定射頻放大器，如DR-VE-10-MO。

DR-VE-10-MO驅動器針對從10Hz到1GHz的低和高脈衝重複頻率（lǜ）（PRF）信號進行了優化。帶寬高達（dá）12GHz，可產生最低70ps脈（mò）衝寬度，超短上（shàng）升和下降沿（24ps），並可適用最高300ns脈寬的脈衝。

DR-VE-10-MO驅動采用緊湊的連接模塊，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（diàn）源，方便和安全的使用，並具（jù）有圖形用戶界（jiè）麵（miàn），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係統在工業傳感應用（如結構壽命和管道監測），需要（yào）產生具有可重複特性（xìng）的光脈衝，因此需要光學器件在長時（shí）間內穩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、熱不均勻性、老化、光折變效應、靜電荷積累（lèi）等環境效應而（ér）產生偏置點漂移。偏置（zhì）點漂移將會導致傳（chuán）遞函數MTF偏離調（diào）製信號的工作點。因此，輸出脈衝（chōng）的消光比和脈衝寬度等特性會受到幹擾。

直（zhí）流偏（piān）壓點的漂移可以（yǐ）使用（yòng）iXBlue的MBC（調製器偏壓控製器）解決方案進行主（zhǔ）動監測和控製：台式儀器MBC-DG-LAB或（huò）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（zhōng），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被鎖定到泵浦光脈衝的光頻率，但被（bèi）布裏淵頻（pín）移（BFS）偏移，對於SMF傳感光纖，通常為10.8 GHz。該種（zhǒng）子信號（hào）的頻率也被逐（zhú）級掃描或調諧，以檢測傳感光纖BFS周圍布裏淵增益譜（BGS）的（de）變化。通常，根據所需的分辨率，使用500 kHz，1MHz或5MHz的頻率步長。

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

高度通用的MX-LN-10有一個X-cut設計，廣泛的工作（zuò）條件，以（yǐ）及零啁啾性（xìng）能和無與倫比的穩定性。iXblue專有的波導設計提供了低插入損耗和高（gāo）消光比。MX-LN-10由於具（jù）有高帶寬、穩定性好（hǎo）和低插入損耗，非常（cháng）適合（hé）用於BOTDA係統的DSB-SC。DR-AN-10-HO是一種寬帶射頻放大器模塊，設計用於頻（pín）率高達11GHz的（de）模擬應用。DR-AN-10-HO具有（yǒu）低噪聲係（xì）數和線性傳遞函數的（de）特點，其1dB壓縮點大於23dBm。它（tā）在整個帶寬上表現（xiàn）出平坦的群延（yán）遲和增（zēng）益曲線（xiàn），波動很小，該放大器模塊非常適（shì）合匹配MX-LN-10做DSB-SC應用。 利用MBC-DG-LAB和MBC-DG-board可以鎖（suǒ）定馬（mǎ）赫-曾德爾調製器（qì）的工作點，保證了對偏置漂移的長期穩定性。

BOTDA係統的其他組（zǔ）件包括偏振擾頻器和FBG邊帶濾波器。

偏（piān）振擾（rǎo）偏器：布裏淵散射對（duì）偏振敏感。通過對信號的偏振態進行擾（rǎo）亂可以緩解這個問（wèn）題（tí）。偏振態擾亂提高了信噪比，縮短了測量時間，提（tí）高了測量精度、分辨率和測量範圍。PSC-LN是一種緊湊的高速電光偏振擾偏器。這鍾集（jí）成光學器件具有低損耗的單模波導，可以在從直流到10GHz以上的頻率範圍內偏振擾偏，在超（chāo）過100nm的波長範圍內工作。

FBG邊帶（dài）濾波器：光纖布拉格光柵（FBG）可用作BOTDA係統的DSB-CS邊帶（dài）濾波（bō）器。IXC-FBG是一種光纖布拉（lā）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可以放入特殊的封裝外殼中以保（bǎo）證對環境的（de）不敏感，用於去除（chú）BOTDA係統中不需（xū）要的DSB-CS邊帶。

傳（chuán）感光纖：在（zài）一般情況下，標準SMF光纖就足夠了；但溫（wēn）度超過85度、 光纖的標準塗覆層不能承受如此高的溫度，會熔化。iXblue提供含酰化高溫塗層的光纖最高可達130°C、 含聚（jù）酰亞（yà）胺塗層高（gāo）達300°C，甚至鋁塗層高達400°C。在空（kōng）間或核（hé）輻射環境中，還需要具有抗（kàng）輻（fú）照保證（zhèng）（Radiation Induced Attenuation-RIA）的特定光纖。

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