BOTDA光（guāng）纖傳感係統中電光調製器（qì）和光纖的選擇

布裏淵（yuān）(Brillouin)傳感器是一種光纖傳感技（jì）術，在分布式溫度和應變傳感中具有（yǒu）越來越重要的地位，同時（shí），這種技（jì）術在各種工業溫度測量，結構壽命監測和管道監控等領域的廣泛應用，對布裏淵時域分析(BOTDA)提出了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，一致性和可靠性有著重（chóng）要的影響。

傳感元件，即光纖，也必須根據目標溫度範（fàn）圍和是否存在輻射仔細選擇。

傳統BOTDA係（xì）統中有2個電光調製（zhì）器：脈衝產生的EOM1（泵（bèng）浦信號）和EOM2用於產生（shēng）傳感光纖的布裏淵頻移（相對於泵浦光頻率）的種子光信號。 通常條件下，SMF-28的（de）布裏淵頻移為10.820GHz，通過在傳感光纖的另一（yī）端注入EOM2產生的探測種子信號，布（bù）裏淵背向散射是一個受激過程，信噪比較高。

BOTDA係（xì）統的重要指標是空間分辨率、溫度（dù）/應變分辨（biàn）率、最大測量範圍和測量（liàng）速度。

空間分辨率是分布式光纖傳感器（qì）中兩個數據點之間的最小可分辨距離。一般來說（shuō），這取決於脈衝寬度（dù），而減小脈寬將增加空間分辨率。對於傳統的BOTDA係統，典型的空間分辨率為一米左右。隨著（zhe）脈寬降到10ns以下，由於背向散射信號的展寬，要測量的峰值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的改進，如雙脈衝或DP-BOTDA，可以分別實現亞米（mǐ）或20cm的空間分辨（biàn）率，此時脈寬和脈寬間隔分（fèn）別是2 ns和5ns。

圖2顯（xiǎn）示了強度電光調製（zhì）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（kuān）的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係統也是至關重要的。

當連續激光被調製（zhì）成短脈衝時，低消光比的電光調製器會導致連續激光的泄漏，如20dB消光比的調製器，輸入的連續光（guāng）功率100mW，會有約為1mW的連續光泄漏。而EOM產生的脈衝和其（qí）泄漏光後續被光放大器放大，並（bìng）注入到（dào）傳感光纖中。對於遠程BOTDA測量係統，一般需要消光比ER>32dB以減輕泄漏光影響。

泵浦脈衝的消光比直接影響整個BOTDA測（cè）量係統的信噪比。因（yīn）此，高（gāo）消光（guāng）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（qiáng）度調製器是高（gāo）性能調製器，具有優越的消光比。該（gāi）產品的設計依賴於iXblue的“Magic Junction”（專利號n° US2008193077）。MXER-LN係列強度調製器是BOTDA應用中需要高消光和高帶寬組合的（de）關（guān）鍵器件。

DR-VE-10-MO射頻驅動器，是設計用於驅（qū）動脈衝、模擬（nǐ）或數字應用的铌酸鋰（lǐ）電光調製（zhì）器的放大器模塊（kuài），以產生不失真的光脈衝。在BOTDA係統（tǒng）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ER的同時，具有（yǒu）銳利的邊（biān）緣、持續的高低電平以及無（wú）overshoot，BOTDA光脈衝信號產生（shēng）需要具有合（hé）適（shì）特性的（de）特定射頻放（fàng）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（PRF）信號進行了優化。帶寬（kuān）高達12GHz，可產生最低（dī）70ps脈衝寬（kuān）度，超短上升和（hé）下降沿（24ps），並可適用最高300ns脈寬的（de）脈衝。

DR-VE-10-MO驅動采用緊湊的連接（jiē）模塊，與iXblue的EOM的射頻接口直接匹配（pèi）（幾（jǐ）何尺寸一致）。該驅動使用單一的（de）電壓電源，方便和安全的使用，並具有圖（tú）形用戶界麵，其（qí）中集成了最（zuì）大的靈活性輸出電（diàn）壓控製。

在實（shí）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（cè）），需要產生具有可重複特性的光脈衝，因此需要光學器件在長時間內穩定運行以及抗幹（gàn）擾的可靠性。

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

直（zhí）流偏壓點的漂移可以使用iXBlue的MBC（調製器偏壓控製器）解決方案進行主動監測和控製：台式儀器MBC-DG-LAB或MBC-DG-board鎖定用於BOTDA應用的Mach-Zehnder調（diào）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被鎖定到泵浦光脈衝的光頻（pín）率，但被布裏淵頻移（BFS）偏移，對於SMF傳感光纖，通（tōng）常為10.8 GHz。該（gāi）種子信號的頻率也被逐級掃描或調諧（xié），以（yǐ）檢測傳感（gǎn）光纖BFS周圍布裏淵增益譜（BGS）的變化（huà）。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（kě）調諧光頻移有幾種選擇，其中2種最常用的是帶光學濾波的雙邊帶-載波抑製調製（DSB-SC）和載波抑製-單邊帶調製（CS-SSB）。

高度（dù）通用的MX-LN-10有一個X-cut設計，廣泛的工作條件（jiàn），以及零啁啾性能和無與倫比的穩定性。iXblue專有的（de）波（bō）導設計提供了低插入損耗和高消（xiāo）光比。MX-LN-10由於具有高帶寬、穩定性好和低插入損耗，非常適合用於BOTDA係統的DSB-SC。DR-AN-10-HO是一種寬帶射頻放大（dà）器模塊（kuài），設計用於（yú）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函數的特點，其1dB壓縮點大於23dBm。它在整個（gè）帶寬上表現出平坦（tǎn）的群延遲和增益（yì）曲線（xiàn），波動很小，該放大器模塊非常適合匹配MX-LN-10做DSB-SC應用。 利（lì）用MBC-DG-LAB和MBC-DG-board可以鎖定馬赫-曾德爾調（diào）製器的（de）工作點，保證（zhèng）了對偏置漂移的長（zhǎng）期穩定性。

BOTDA係統的其他組（zǔ）件包（bāo）括偏振擾頻器和FBG邊帶濾波器。

偏振擾偏器：布裏淵散射對偏振敏感。通過對信號的偏振（zhèn）態進行擾亂可以緩解這個問題。偏振態擾亂提高了信噪比，縮短了測量時間，提高了測量精（jīng）度、分辨率和測量範圍。PSC-LN是一種緊湊（còu）的高速電光偏振擾偏器。這（zhè）鍾（zhōng）集（jí）成光（guāng）學器件（jiàn）具有低損（sǔn）耗的單模波導（dǎo），可以在從直流到10GHz以上的頻率範圍（wéi）內偏振擾偏，在超過100nm的波長範圍內工作。

FBG邊帶濾波器：光纖布拉格光柵（FBG）可用作BOTDA係統的（de）DSB-CS邊帶濾波器。IXC-FBG是一種（zhǒng）光纖布拉格光柵，通過多年來的技術積累，iXblue可以提供高度（dù）定製的FBG，這些（xiē）FBG可以放入特殊（shū）的封裝外殼中以保證對環境的不敏（mǐn）感，用於去除BOTDA係統中不需要的DSB-CS邊帶（dài）。

傳感光纖：在一般情況下，標準SMF光（guāng）纖就足夠了；但溫度超過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、 含聚酰亞胺塗層高達300°C，甚至鋁塗（tú）層高達400°C。在空間或核輻射環境中，還需（xū）要具有抗輻（fú）照保證（Radiation Induced Attenuation-RIA）的特定（dìng）光纖。

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