BOTDA光纖傳感係（xì）統中（zhōng）電（diàn）光調製（zhì）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感中具有越來越（yuè）重要的地位，同時（shí），這種技術在各種（zhǒng）工（gōng）業溫度測量，結構壽命監測和管道監控等領域（yù）的廣泛應用，對布裏（lǐ）淵時域（yù）分析（xī）(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（zhī）一，選擇合適的電光調製器規格和工作（zuò）條件對係統的整體性能，一（yī）致性和可靠性有著重（chóng）要的影響。

傳感元件（jiàn），即光（guāng）纖，也必（bì）須根據目標溫度範圍和（hé）是否存在輻射仔細選擇。

傳統BOTDA係統中有2個電光調製器：脈衝產生（shēng）的EOM1（泵浦信號）和EOM2用於（yú）產生傳感光纖的布裏淵頻移（相對於（yú）泵浦光頻率）的種子光信號。 通常條件下，SMF-28的布裏淵（yuān）頻移（yí）為10.820GHz，通過在傳感光（guāng）纖的另一端注入EOM2產（chǎn）生的探測種子信號，布裏淵背向（xiàng）散射（shè）是一個受（shòu）激過程（chéng），信噪比較高。

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

空間分辨率是分（fèn）布式光纖傳感器中兩個數據點之（zhī）間的最小可分辨距離。一般來說，這取決於脈衝寬度，而減小脈寬將增加（jiā）空間分辨率。對於傳統的BOTDA係統，典型的空（kōng）間分辨率為一米左右。隨著脈寬降到10ns以下，由於背向散射（shè）信號的展寬，要測量的峰（fēng）值和要確定的布裏淵頻移（BFS）變得越（yuè）來越困難（nán）。但是，對傳統的BOTDA的改進，如雙脈衝或DP-BOTDA，可以分別實現亞米或20cm的空間分辨率，此時脈寬和脈寬間隔分（fèn）別是2 ns和5ns。

圖2顯示了強度電光（guāng）調製器的傳輸函（hán）數(MTF)產（chǎn）生光脈衝的原理。對於脈衝寬度約（yuē）為1ns的BOTDA應用，10Ghz帶寬的EOM和小（xiǎo）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（xìn）噪比）脈衝，對BOTDA係統（tǒng）也是至關重要的。

當連續激光被調製成短脈衝時，低消光比（bǐ）的電光調製器會（huì）導致連續激光的泄漏（lòu），如20dB消光比的調製器，輸入的連（lián）續（xù）光功率100mW，會有約為1mW的連續光泄漏。而（ér）EOM產（chǎn）生的脈（mò）衝和其泄漏（lòu）光後（hòu）續被光放大器放大（dà），並注入到傳感光纖中。對於遠程BOTDA測量係統，一般需要消光比ER>32dB以減輕泄漏（lòu）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（zào）比。因此，高消（xiāo）光比EOM直接影（yǐng）響BOTDA係統的最大（dà）測量範圍（wéi）和測（cè）量速度（dù）。MXER-LN係列強度調製器是高性能調製器，具有優越的消光比。該產品的設計依賴於iXblue的“Magic Junction”（專利號n° US2008193077）。MXER-LN係列強度調製器是BOTDA應用（yòng）中需要高消光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、模擬或數字應用的铌酸鋰電光（guāng）調製器的放大器模塊，以產生不失真的光脈衝。在（zài）BOTDA係統（tǒng）中，電脈衝（chōng）信號的占空比很長。為了（le）產生清晰的光脈衝，在保持高消光比ER的同時，具有銳利的邊緣、持（chí）續的高低電平以及無overshoot，BOTDA光脈衝信號產生需要具有合適（shì）特性的（de）特定射頻放大器，如DR-VE-10-MO。

DR-VE-10-MO驅動器（qì）針對從10Hz到1GHz的低和高脈衝重複頻率（PRF）信號進（jìn）行了優化。帶寬（kuān）高達12GHz，可（kě）產生最低70ps脈衝寬度（dù），超短上升和下降沿（24ps），並可適用最高300ns脈寬的脈衝（chōng）。

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（pǐ）配（幾何尺寸一致）。該驅動使用（yòng）單一的電（diàn）壓電源，方便和安全的使用，並具有圖形用戶界麵，其中集成（chéng）了最大的靈活性輸出電壓控製。

在實際應用中，可靠的BOTDA係（xì）統在工業傳感應用（如結構壽命和管道監測（cè）），需要產生（shēng）具有（yǒu）可重複特性的（de）光脈衝，因此（cǐ）需要（yào）光學器件在長時間內穩定運行以及抗幹擾的可靠（kào）性。

EOM中的Mach-Zehnder幹涉儀由於溫度變化、熱不均勻性、老化、光折變效應、靜電（diàn）荷（hé）積累等環境效應（yīng）而產生偏置點漂移（yí）。偏置點漂（piāo）移將會導致傳遞（dì）函數MTF偏離（lí）調製信號的工作點。因此，輸出脈衝的消光比和脈（mò）衝寬度等特性（xìng）會受到幹（gàn）擾。

直流偏壓點的漂（piāo）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（cè）和控製：台式儀器MBC-DG-LAB或MBC-DG-board鎖定用於BOTDA應用的Mach-Zehnder調製器的工作點。

在（zài）傳統的BOTDA係統中，需要第二（èr）個（gè）EOM來產生探測所需的（de）種子信號，該種子信號的光頻率被鎖（suǒ）定到泵浦光脈衝的（de）光頻率，但被布裏淵頻移（BFS）偏移，對於SMF傳感光纖，通常（cháng）為10.8 GHz。該種子信號的頻率也被逐級掃描（miáo）或調諧，以檢測傳感光纖BFS周圍布裏淵增益譜（BGS）的變化。通常，根據所需的（de）分辨率，使用500 kHz，1MHz或5MHz的（de）頻率步長。

使（shǐ）用EOM產生這種可調諧光頻移有幾種（zhǒng）選擇，其中2種最（zuì）常用的是帶光學濾波的雙（shuāng）邊（biān）帶-載波抑製調製（DSB-SC）和載波（bō）抑製（zhì）-單邊帶（dài）調製（CS-SSB）。

高度通用的（de）MX-LN-10有一（yī）個X-cut設計，廣泛的工作條件，以及零啁啾性能（néng）和無與倫比的穩定性。iXblue專有的波導設計提供（gòng）了低插入損（sǔn）耗和高消光比。MX-LN-10由於（yú）具（jù）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（pín）放大器模塊，設計用於（yú）頻率高達（dá）11GHz的模（mó）擬應用。DR-AN-10-HO具有低噪聲係數和線性傳（chuán）遞函數（shù）的特點，其1dB壓縮（suō）點大於23dBm。它在整個（gè）帶寬上表現出平坦的群延遲和增益曲線，波動很小，該（gāi）放大器模塊非常適合匹配MX-LN-10做DSB-SC應用。 利用MBC-DG-LAB和MBC-DG-board可以鎖定馬赫-曾德爾調製器的（de）工作點，保證了對偏置漂移的長期穩定性。

BOTDA係統的（de）其他組（zǔ）件包括偏振擾頻器和FBG邊帶濾波器。

偏振擾偏器：布裏（lǐ）淵（yuān）散射對偏振敏感。通過對信號的偏振態（tài）進行擾亂可以緩解這個問題。偏振態擾（rǎo）亂提高了信噪比，縮短了測量時間，提高了（le）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（piān）器。這（zhè）鍾集成光學器件具有低損耗的單模（mó）波導，可以在從直流到10GHz以上的頻率範（fàn）圍內偏振擾偏，在（zài）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（zuò）BOTDA係統的DSB-CS邊帶濾波器。IXC-FBG是一種光纖布拉格光柵，通（tōng）過多年（nián）來（lái）的技術積累，iXblue可以提供高度定製的FBG，這些FBG可以放入特殊的封裝外殼中以保證對環境的不敏感，用於去除BOTDA係統中不需要的DSB-CS邊帶。

傳感光纖：在（zài）一（yī）般情（qíng）況下，標準（zhǔn）SMF光（guāng）纖就足（zú）夠了；但溫度超過85度、 光纖的標（biāo）準塗覆（fù）層不能承受如此高的溫度，會熔化。iXblue提供含（hán）酰化高（gāo）溫塗層的光纖最高可達（dá）130°C、 含聚酰（xiān）亞胺塗層高達300°C，甚（shèn）至鋁塗（tú）層高（gāo）達400°C。在空間或核輻射環境中，還需要具（jù）有（yǒu）抗輻照（zhào）保證（Radiation Induced Attenuation-RIA）的特（tè）定光纖。

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