北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
布里渊光时域分析仪（BOTDA）因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用，光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升，被认为是最高效（高信噪比提升和低硬件成本）的性能提升方法之一，具有显著的优势和应用前景。本文围绕基于光脉冲编码技术的BOTDA，介绍了用于分布式光纤传感领域的几种主流的光脉冲编码技术的原理，综述了近些年基于光脉冲编码的BOTDA传感系统的研究进展。
光纤光学 分布式传感器 受激布里渊散射 光脉冲编码
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311121
光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。
光纤传感 光脉冲编码 分布式声波传感 相位敏感光时域反射仪
受光纤中声学声子10 ns的寿命的影响，传统布里渊光时域分析（BOTDA）传感器往往不能做到1 m以内的空间分辨率。利用差分脉冲对（DPP）技术可以突破该限制，实现更高的空间分辨率。但是传统的DPP技术存在测量时间长、差分信号间同步难度高和信噪比低等问题。本文提出一种基于布里渊增益-损耗效应的编码DPP-BOTDA系统，通过将处于斯托克斯频率和反斯托克斯频率的泵浦脉冲光同步注入光纤，利用散射光的布里渊增益-损耗效应在光路上差分，解决了信号间的同步问题，并且测量时间只需要传统DPP技术的一半。还分析了传感系统中掺铒光纤放大器增益特性对脉冲序列解码结果的影响，对增益不均匀条件下的编码增益进行了理论计算。实验结果表明，该系统可以实现50 cm的空间分辨率，与传统的单脉冲DPP-BOTDA系统相比，信噪比提高了3 dB。
传感器 光纤传感器 布里渊散射 差分脉冲对 光脉冲编码 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0928005
中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
该文采用光纤声光调制器集成化、低功耗和热仿真设计技术, 设计并制作了工作波长1 550 nm、光脉冲上升时间16.7 ns、光脉冲延时抖动1.5 ns、电功耗0.72 W(脉冲) 、整体尺寸59.56 mm×49.48 mm×14.6 mm的高性能一体化光纤声光调制器。结果表明, 该调制器具有体积小及功耗低等优点, 对小型化低功耗光纤激光器、激光测风雷达及光纤分布式传感系统的研制有一定促进作用。
光纤声光调制器 电功耗 光脉冲上升时间 fiber acousto-optic modulator electric power consumption the rise time of optical pulse
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, State Key Laboratory of Surface Physics and Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures (Ministry of Education), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-Beam Application (Ministry of Education), Fudan University, Shanghai 200433, China
3 Institute of Modern Physics, Department of Nuclear Science and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
We demonstrate a simple method to obtain accurate optical waveforms with a gigahertz-level programmable modulation bandwidth and a watt-level output power for wideband optical control of free atoms and molecules. Arbitrary amplitude and phase modulations are transferred from microwave to light with a low-power fiber electro-optical modulator. The sub-milliwatt optical sideband is co-amplified with the optical carrier in a power-balanced fashion through a tapered semiconductor amplifier (TSA). By automatically keeping TSA near saturation in a quasi-continuous manner, typical noise channels associated with pulsed high-gain amplifications are efficiently suppressed. As an example application, we demonstrate interleaved cooling and trapping of two rubidium isotopes with coherent nanosecond pulses.
pulse shaping laser cooling and trapping high gain optical pulse amplification self-phase modulation amplified spontaneous emission sideband modulation Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 111401
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
超快光学参量振荡器(OPOs)是获得高重复频率、高平均功率、宽光谱调谐脉冲输出的理想途径,为化学、生物、纳米光子学等领域的研究提供了强有力的手段。随着掺Yb 3+光纤飞秒激光器输出功率的不断提升及非线性晶体制备工艺的成熟,Yb光纤激光器泵浦的飞秒OPOs发展势头变得锐不可挡。回顾了近年来光纤飞秒激光器泵浦的OPOs的研究进展,介绍了利用飞秒OPOs拓宽波长覆盖范围、提升脉冲重复频率、获得少周期脉冲产生、实现结构光场输出的具体技术方案。最后介绍了飞秒OPOs在纳米光子学、拉曼光谱技术领域的应用。
非线性光学 光学参量振荡器 光纤飞秒激光器 少周期脉冲 结构光场 纳米光子学 中国激光
2021, 48(19): 1901001
1 国网青海省电力信息通信公司，西宁081000
2 国网青海省电力公司，西宁081000
3 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
发送端光时域反射仪(OTDR)在线探测会影响业务信号，因此较少在实际工程应用。为探究发送端OTDR对业务信号光的具体影响，对OTDR的动态范围和光脉冲功率的关系进行了理论分析，基于200 Gb/s和2 Mb/s传输系统，对发送端OTDR在线探测对业务信号光的影响及其原因做了实验研究。实验结果表明：发送端OTDR在线探测对通信业务的影响与系统单波入纤光功率、OTDR的动态范围和系统余量有关，且发送端OTDR产生的强光脉冲光会导致业务信号的强度起伏和时域脉冲波动，从而影响业务通信。
光时域反射仪 动态范围 在线探测 光脉冲 optical time domain reflectometer dynamic range on-line detection optical pulse
中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文介绍了一种基于磷化铟(InP)材料制作的高速光纤声光调制器, 分析了高速光纤声光调制器设计原理。通过仿真得到高速光纤声光调制器的设计参数, 并制作了光波长为1 550 nm的300 MHz光纤声光调制器。测试结果表明, 该光纤声光调制器的插入损耗为2.8 dB, 消光比为49 dB, 光脉冲上升时间为6.34 ns。
磷化铟(InP) 高速 声光调制器 光脉冲上升时间 InP high-speed acousto-optic modulator rise time of optical pulse
1 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为实现大口径拼接光栅拼接误差的高频高精度补偿的工程应用, 提出了一种基于小口径反射镜补偿大口径拼接光栅压缩器拼接误差的方法。基于双程Z型压缩器, 分析了小口径反射镜补偿量与拼接误差的关系, 采用光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理定量计算了各拼接误差补偿后对远场能量分布的影响, 证明了该方法原理的正确性, 并得到了直接驱动光栅与反射镜补偿时的各误差容限, 结果表明该方法能极大降低拼接光栅的精度要求。
衍射光学 光学设计 光脉冲压缩 拼接光栅 超快光学 diffraction optics optical design optical pulse compression tiled-gratings ultrafast optics 红外与激光工程
2018, 47(11): 1142002
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
提出了一种基于光电振荡器的高速光采样技术。光电振荡器直接产生高重复频率、低时间抖动的采样脉冲,避免了对低重复频率采样脉冲的时域复用,可降低系统复杂性,提高系统效率。利用此光脉冲对信号进行时域傅里叶变换采样,信号在不同时刻的幅度信息被调制到不同波长的探测光上,再经过波分复用器或可调滤波器滤出不同中心波长的光,实现高速实时采样及串并转换,可与低速率的电模数转换量化匹配。实验产生重复频率为10 GHz、时间抖动为195 fs的光脉冲,并对三种不同波形的信号进行采样,得到采样波形,采样速率达到40 GSa/s。实验结果表明提出的基于光电振荡器的光采样技术是可行的。
信号处理 光模数转换 光电振荡器 光采样 光窄脉冲 时域傅里叶变换 激光与光电子学进展
2018, 55(6): 060701
