長光纖中的光脈衝放大的製作方法

2023-10-07 03:51:49 2

專利名稱：長光纖中的光脈衝放大的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於放大光纖中的光脈衝的方法和系統。
背景技術：
如果通過長光纖來傳輸光脈衝，則由於反射、散射和/或通過光纖發射並且由環繞光纖的反射塗層反射的光子的吸收，光脈衝的強度被逐漸降低。
國際專利申請WO 02/13423公開了一種藉助於通常被稱為拉曼泵(Raman pump)信號的多個放大信號來放大衰減的信號的方法。已知的放大方法通常被稱為拉曼泵激，它使用具有低於衰減的光脈衝的波長的泵信號，並且所述泵信號同時和連續地隨同信號光脈衝一起傳送到光纖中，使得在一段光纖(介於1和數百公裡之間)上，(各)泵信號與衰減的光脈衝交互作用，同時所激發的拉曼散射放大衰減的信號。
國際專利申請WO 00/65698公開了一種寬帶拉曼放大器，其中，至少3個泵源在彼此隔開的不同泵波長上提供泵功率，使得在所述光纖部分中產生一個規定的拉曼增益分布。
國際專利申請WO 02/084819公開了一個使用多個雷射器組，在光信號波長的選定範圍內提供期望的例如平坦的增益分布的光學放大系統。
由Kee等人於1998年3月1日在《Optics Letters》雜誌第23卷第5期上發表的題為《Extended-range optical timedomain-reflectometry(ODTR，optical time domain reflectometry)system at 1650 nm based on delayed Raman amplification》的論文公開了一種利用1530納米泵脈衝對1650納米信號脈衝進行的延遲拉曼放大，使得當兩個脈衝重疊時發生放大，並且由所述脈衝之間的初始延遲和光纖色散來確定發生放大的位置。
由於光纖中的激發布裡淵散射(SBS，Stimulated BrillouinScattering)，使得當前可得到的基於光學時域反射計的傳感技術在所發射的光脈衝輸出功率方面受到限制。如果在光纖中，泵或信號光超出一定的功率電平，則光纖的密度改變，從而觸發激發布裡淵散射，由此使得大部分的光反射回到它來到的方向。激發布裡淵散射效應限制已知傳感系統的最大範圍。
本發明的一個目的是，提供一種能緩解這些限制的拉曼放大方法。
本發明的又一個目的是，當信號電平已經降低時，通過遠程放大/補償光纖損耗，藉助於光纖中的拉曼放大來擴展脈衝傳感系統的範圍，使得激發布裡淵散射被減輕。

發明內容
根據本發明，提供了一種用於放大光纖中的光脈衝的方法，其中，在光脈衝進入具有色散的光纖之後的選定時間間隔發送波長比光脈衝短的拉曼泵信號，所述色散使得拉曼泵信號在光纖中行進得比光脈衝更快，並且在光脈衝已經在光纖中行進了選定距離之後到達並增強光脈衝，其中，所述拉曼泵信號以基本上線性的方式被逐漸增大，使得放大率隨著光脈衝沿光纖長度行進的距離而增加，並使得拉曼增益基本上與被放大信號的光纖損耗相似。
當用於本說明書和所附的權利要求書時，術語「色散」表示光纖中的光速對於不同波長是不同的。術語「色散」也被稱為材料色散，並且是纖芯的折射率對於不同波長不同的物理效應的結果，因此，不同光譜分量(波長)將以不同速度沿光纖長度傳播。
所述拉曼泵信號的波長可以處於50和250納米之間，低於光脈衝的波長，並且所述光脈衝的波長可以處於1400和1700納米之間，所述拉曼泵信號(RPS，Raman pump signal)以基本上為線性的方式，從距離d1處的A1＝S1+RPSmin增加到距離d2＞d1處的A2＝S+RPSmax，上述距離從光脈衝被發送到光纖之點起算。
所述拉曼泵信號在光脈衝之後的這樣一個時間間隔被發送，並且具有這樣一個短於光脈衝的波長，使得所述拉曼泵信號在光纖中的這樣一點到達光脈衝，該點位於從光脈衝和拉曼泵信號被發送到光纖之點起算1和10公裡之間的距離。
所述拉曼泵信號可以被逐漸增大，使得藉助於拉曼泵信號的光脈衝的總增益在1和100公裡之間的距離實現，上述距離從所述拉曼泵信號已經到達所述光脈衝之點起算。
可選地，所述拉曼泵信號包含多個拉曼泵激波長，並且被用來放大光脈衝和當它們在光纖中傳播時放大所述光脈衝的部分拉曼泵信號。在這種情況下，不同波長的拉曼泵信號以不同速度行進，並且在不同的時間/位置重疊。在這種情況下，最好不同泵源之間的間隔從30納米到200納米。
根據本發明用於放大光纖中的光脈衝的系統包括拉曼泵信號發送器，用於在所述光脈衝進入光纖之後的選定時間間隔發送波長短於光脈衝的拉曼泵信號，使得拉曼泵信號在光纖中行進得比光脈衝更快，並且在光脈衝已經在光纖中行進了選定距離之後到達並增強所述光脈衝，其中，所述拉曼泵信號被逐漸增大，使得累積放大率隨著光脈衝沿光纖的長度行進的距離而增加。
可選地，所述系統被配置用於擴展行進時間反映沿光纖的位置的脈衝系統的到達距離。
所述脈衝系統可以是一個脈衝傳感系統，諸如基於瑞利背向散射(Rayleigh backscattering)的光學時域反射計(ODTR)系統、基於布裡淵後向散射(Brillouin backscattering)的應變和/或溫度傳感系統、基於拉曼後向散射(Raman backscattering)的溫度傳感系統、幹涉法布裡-珀羅(Fabry-Perot)型傳感系統、和/或基於光纖布拉格光柵(FBG，Fiber Bragg gratings)的直接波長檢測系統。
通過所附的權利要求書、摘要和根據本發明並參照於附圖的方法與系統的一個優選實施例的下列詳細說明，將使根據本發明的方法與系統的這些和其它特徵、實施例和優點變得更加明顯。


圖1簡略地表示一根光纖，通過上述光纖發送光脈衝和逐漸增強的拉曼泵信號，使得當光脈衝沿光纖長度行進時，以逐漸增大的方式放大所述光脈衝。
具體實施例方式
圖1簡略地表示一根光纖1，脈衝光信號S以速度v1在其中行進，在所述脈衝光信號S已經被發送到光纖1的一端1A之後的選定時間間隔，逐漸增大的拉曼泵信號RPS被發送到所述光纖的所述端1A。脈衝光信號S的波長典型地介於15和16μm之間，並且拉曼泵信號RPS的波長典型地介於14和15μm之間。由於拉曼泵信號RPS的波長比脈衝光信號S短，所以它在光纖1中行進的速度比脈衝光信號S快，即v2＞v1，因此，拉曼泵信號RPS在距離d1處到達脈衝光信號S，上述距離從光纖1的第一端1A起算。
根據本發明，拉曼泵信號RPS被逐漸增大，使得拉曼泵信號RPS的強度沿逐漸增大部分RPSR的長度從RPSmin增加到RPSmax。
因此，當拉曼泵信號RPS在從光纖1的第一端1A起算的距離d1處到達脈衝光信號S時，所述拉曼泵信號RPS僅具有其最小強度RPSmin，並且相對強的光信號S1僅在最小程度上被放大，它被表示為A1＝S1+RPSmin。
從這一點開始，拉曼泵信號將以等於沿光纖長度分布的光纖損耗的基本上線性的方式連續地放大信號S1。
在距離d2處，所述脈衝光信號在強度上已經得以保持，並且由於光纖損耗和泵信號的能量轉移，使得拉曼泵信號RPS已經被減弱。拉曼泵信號將具有這樣一種強度，使得得到的信號增益等於光纖損耗。
使用逐漸增大的拉曼泵信號RPS使信號電平在d1和d2之間的區域內保持低於激發布裡淵散射(SBS，Stimulated BrillouinScattering)閾值，使得光纖光學傳感系統(諸如ODTR系統，在其中，光纖1被用作光纖光學傳感器)的動態範圍和到達距離增加。
權利要求
1.一種用於放大光纖中的光脈衝的方法，其中，在光脈衝進入具有色散的光纖之後的選定時間間隔，發送波長比光脈衝短的拉曼泵信號，所述色散使得拉曼泵信號在光纖中行進得比光脈衝更快，並且在光脈衝已經在光纖中行進選定距離之後到達並增強所述光脈衝，其中，所述拉曼泵信號以基本上線性的方式被逐漸增大，使得累積放大率隨著光脈衝沿光纖長度行進的距離而增加，並使得拉曼增益基本上與被放大信號的光纖損耗相似。
2.根據權利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號的波長在50和250納米之間，低於光脈衝的波長，並且拉曼泵信號(RPS)以基本上線性的方式從距離d1處的A1＝S1+RPSmin增加到距離d2＞d1處的A2＝S+RPSmax，上述距離從光脈衝被發送到光纖之點起算。
3.根據權利要求2的方法，其中，所述光脈衝的波長在1400和1700納米之間。
4. 根據權利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號在光脈衝之後的一個時間間隔被發送，並且具有短於光脈衝的波長，使得所述拉曼泵信號在光纖中的這樣一點到達光脈衝，該點位於1和10公裡之間的距離，上述距離從光脈衝和拉曼泵信號已經被發送到光纖之點起算。
5.根據權利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號被逐漸增大，使得在1和100公裡之間的距離實現藉助於拉曼泵信號的光脈衝的總增益，上述距離從拉曼泵信號已經到達光脈衝之點起算。
6.根據權利要求1的方法，其中，所述拉曼泵信號包含多個拉曼泵激波長，並且被用來放大光脈衝和當它們在光纖中傳播時放大所述光脈衝的部分拉曼泵信號。
7.根據權利要求6的方法，其中，不同波長的拉曼泵信號以不同速度行進，並且在不同時間/位置重疊。
8.根據權利要求7的方法，其中，不同泵源之間的間隔從30納米到200納米。
9.一個用於放大光纖中的光脈衝的系統，所述系統包括一個拉曼泵信號發送器，用於在所述光脈衝進入光纖後的選定時間間隔發送波長比光脈衝短的拉曼泵信號，使得拉曼泵信號在光纖中行進得比光脈衝更快，並且在光脈衝已經在光纖中行進了選定距離之後到達並增強所述光脈衝，其中，所述拉曼泵信號被逐漸增大，使得放大率隨著光脈衝沿光纖長度行進的距離而增加。
10.根據權利要求9的系統，其中，所述系統被配置用於擴展行進時間反映沿光纖的位置的脈衝系統的到達距離。
11.根據權利要求9的系統，其中，所述脈衝系統是一個脈衝傳感系統，諸如基於瑞利後向散射的光學時域反射計(ODTR)系統、基於布裡淵後向散射的應變和/或溫度傳感系統、基於拉曼後向散射的溫度傳感系統、幹涉法布裡-珀羅型傳感系統、和/或基於光纖布拉格光柵的直接波長檢測系統。
全文摘要
公開了一種用於放大光纖(1)中的光脈衝(S)的方法，其中，在光脈衝(S)進入具有色散的光纖(1)的一端(1A)之後的選定時間間隔發送波長比光脈衝(S)短的拉曼泵信號(RPS)，所述色散使得拉曼泵信號在光纖(1)中行進得比光脈衝(S)更快，在光脈衝已經在光纖中行進選定距離(d
文檔編號H04B10/291GK1981412SQ200580022862
公開日2007年6月13日 申請日期2005年7月6日 優先權日2004年7月6日
發明者卡裡·麥克歐·賈阿斯克來尼 申請人:國際殼牌研究有限公司