【摘 要】
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基于布里渊散射效应的分布式光纤传感技术因在温度、应变测量上所能达到的测量精度、测量范围、空间分辨率相比其它光纤传感技术具有明显的优势,因此布里渊光纤传感技术已经逐渐成为分布式光纤传感技术的研究热点。布里渊动态光栅（Brillouin Dynamic Grating,BDG）正是基于受激布里渊散射效应（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）而产生的一种随开随关,无需
【基金项目】
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“基于混沌布里渊动态光栅的分布式温度和应变无交叉敏感测量研究”国家自然科学基金面上项目（项目编号:61875146）；
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基于布里渊散射效应的分布式光纤传感技术因在温度、应变测量上所能达到的测量精度、测量范围、空间分辨率相比其它光纤传感技术具有明显的优势,因此布里渊光纤传感技术已经逐渐成为分布式光纤传感技术的研究热点。布里渊动态光栅（Brillouin Dynamic Grating,BDG）正是基于受激布里渊散射效应（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）而产生的一种随开随关,无需破坏光纤,无需永久刻写的折射率光栅。它继承了布拉格光栅的特点并拥有自身独特的优势,例如全光产生、快速重构、读写分离、位置可调等,因此被广泛应用于分布式光纤传感、可变光延迟线、全光信号处理和高精度光谱分析等领域。然而,目前的BDG由于产生方式的局限性,存在着多光栅激发、光栅长度受限于声子寿命、无法长时间稳定维持等问题。为了突破BDG目前遇到的问题,本论文提出了一种利用具有低相干特性的混沌激光来激发混沌BDG的方案,以期通过混沌BDG解决传统BDG存在的问题,并且利用混沌BDG最终实现温度与应变无交叉敏感的分布式传感测量。具体研究内容如下:（1）首次在实验上证实了混沌BDG实验方案的可行性。利用四种不同光谱带宽的混沌激光,产生了光栅长度分别为2.07 cm,1.66 cm,1.39 cm和1.24 cm的混沌BDG,并利用锁相放大技术对其进行了探测与初步研究。在此基础上,使用光栅长度为2.07 cm的混沌BDG在100 m的保偏光纤中实现了空间分辨率为2.7 cm的分布式温度传感。（2）实验分析了混沌BDG的布里渊增益谱、反射谱和温度系数在不同光栅长度下的变化特性。研究表明,布里渊增益谱的中心频率随光栅长度的减小向高频移动,这是由于混沌光谱的不对称性所致,布里渊增益谱宽随光栅长度减小而增大,其本质是因为混沌光谱带宽的增大导致了布里渊增益谱宽的增加。混沌BDG的反射谱宽随光栅长度减小而成反比例的增加,符合光纤布拉格光栅理论。混沌BDG的增益谱温度系数随光栅长度的减小总体变化不大,但反射谱温度系数随光栅长度的减小而明显增加。由此可得,混沌BDG的各类本征参数均可通过光栅长度所灵活调节。更重要的是,通过减小光栅长度,可以获得GHz量级的反射谱带宽,并且反射谱温度系数可以增加20%。
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