测量光纤电致伸缩系数的方法和装置

1.本发明涉及微波技术与光通信技术的交叉领域，特别涉及一种基于微波光子技术测量光纤电致伸缩系数的方法和装置。


背景技术：

2.对于不同种类的光纤而言，其电致伸缩能力往往不同。电致伸缩系数是表征电致伸缩能力的重要参数，体现材料沿外电场方向的长度变化能力的大小，是光纤应用中的重要参数，能否对其进行精确测量是光纤应用的重要基础。
3.传统测量光纤电致伸缩系数的方法主要是对光纤施加电场使其长度发生变化，通过构建马赫-曾德尔干涉仪对通过光纤传输的光信号的干涉现象进行分析来测量其电致伸缩系数。传统测量方法存在以下不足：其一，传统测量方法是基于光的干涉原理，对环境敏感性，稳定性还有待提高。其二，传统测量方法在光域完成，光谱分辨率的局限使得其测量精度不高。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一是提供一种基于受激布里渊散射效应，采用微波光子技术来测量光纤电致伸缩系数的方法，以克服传统测量方法精度不高、环境敏感性高、稳定性差的缺陷。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种测量光纤电致伸缩系数的方法，包括以下步骤：
6.基于光纤的受激布里渊散射效应以及非线性光学原理确定光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽三者之间的关系；
7.利用泵浦光激发待测光纤的非线性以产生受激布里渊散射，结合包络检波技术计算受激布里渊增益谱增益峰值并确定布里渊频移值；利用微波扫频信号对与泵浦光同源的光载波进行相位调制，实现从微波扫频到光扫频的转换，通过提取受激布里渊散射增益谱特征并结合平方律检波原理，计算受激布里渊增益谱的峰值本征线宽；
8.根据光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽三者之间的关系得出待测光纤的电致伸缩系数。
9.其中，所述光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽三者之间的关系为：
[0010][0011]
上式中，γe为光纤电致伸缩系数，n为光纤折射率，λ
p
为泵浦光波长，ρ0为光纤密度，c为光速，va为声速，δνb为增益谱的本征线宽，gb为受激布里渊增益谱增益峰值。
[0012]
另外，本发明还涉及一种测量光纤电致伸缩系数的装置，其包括依次连接的光源供给模块、测量主体模块和信号处理与分析模块；
[0013]
所述光源供给模块用于提供单频点信号光源并将光信号分流为载波光信号、泵浦光信号与参考光信号并对应输入测量主体模块的上层链路、中层链路和下层链路；
[0014]
所述上层链路用于对载波光信号进行相位调制后通过待测光纤将其反向输入中层链路，并通过调谐调制微波频率来改变调制后光信号边带的波长，实现从微波扫频到光扫频的转换；所述中层链路用于对泵浦光信号进行功率调谐后将其输入待测光纤中激发非线性，产生受激布里渊散射，激发增益谱，并将后向传输的斯托克斯光传输至信号处理与分析模块；所述下层链路用于将参考光信号传输至信号处理与分析模块；
[0015]
所述信号处理与分析模块用于对自中层链路和下层链路输入的光信号进行合波，并通过包络检波将光信号转变为电信号，再对电信号进行选频滤波以及对滤波后的信号进行频谱与功率分析，得到受激布里渊增益谱的增益峰值及峰值本征线宽，并根据光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽之间的关系计算出待测光纤的电致伸缩系数；
[0016]
上式中，γe为光纤电致伸缩系数，n为光纤折射率，λ
p
为泵浦光波长，ρ0为光纤密度，c为光速，va为声速，δνb为增益谱的本征线宽，gb为受激布里渊增益谱增益峰值。
[0017]
于本发明的一个实施例中，所述光源供给模块包括依次连接的激光器、隔离器与耦合器1，所述激光器产生的单频点光信号通过隔离器后进入耦合器1被分成三个支路分别传输至测量主体模块的上层链路、中层链路和下层链路，所述隔离器用于隔离光信号的回传，所述耦合器1用于实现光信号的分流。
[0018]
于本发明的一个实施例中，所述信号处理与分析模块包括依次连接的耦合器2、探测器、窄带滤波器与信号分析器，所述耦合器2 用于对自中层链路和下层链路输入的光信号进行合波，所述探测器通过包络检波将光信号转变为电信号，所述窄带滤波器用于对探测器输出的信号进行选频滤波，所述信号分析器用于对滤波后的信号进行频谱与功率分析。
[0019]
于本发明的一个实施例中，所述上层链路包括偏振控制器、相位调制器与可调微波信号源，所述偏振控制器的输入端连接耦合器1 的一个输出端，所述偏振控制器的输出端及可调微波信号源均连接相位调制器，所述偏振控制器用于控制载波光信号的偏振态以使之与相位调制器的偏振态匹配，输入至所述相位调制器的光信号被可调微波信号源发送的电信号进行相位调制后通过待测光纤反向传输至中层链路。
[0020]
进一步地，所述中层链路包括依次连接的放大器、可调衰减器以及环形器，所述放大器连接耦合器1的一个输出端，进入所述中层链路的泵浦光信号通过放大器放大后进入可调衰减器，并通过所述可调衰减器对进入环形器的光信号功率进行调节；泵浦光信号从所述环形器的左端口流入右端口后进入待测光纤，当其功率值超过阀值功率后激发所述待测光纤的非线性效应而产生受激布里渊散射，其后向传输的斯托克斯光反向传入所述环形器的右端口，然后从所述环形器的下端口流入至下层链路。
[0021]
更进一步地，所述下层链路包括连接耦合器1和耦合器2的光纤传输线，所述光纤传输线用于传输参考光信号。
[0022]
其中，通过断开所述上层链路，仅接通所述中层链路与下层链路，由所述光源供给模块提供的泵浦光信号进入中层链路经放大器放大后进入可调光衰减器进行功率调谐，再
经所述环形器的左端口流入右端口后进入待测光纤中激发非线性，产生受激布里渊散射，产生的斯托克斯光反向传送至所述环形器的右端口后经下端口与下层链路传输的参考光信号一同进入耦合器2，两相干光信号通过所述探测器拍频后还原成电信号输出至窄带滤波器，通过所述信号分析器读取经窄带滤波器后的输出信号频率以及输出信号功率，并结合下式计算受激布里渊增益谱的增益峰值的值：
[0023][0024]
上式中，gb为受激布里渊增益谱的增益峰值的值，p
out
为输出信号功率，ρ为探测器的响应度，a1为进入环形器的泵浦光幅度，a4为参考光信号的幅度，l和α分别为待测光纤的长度和损耗系数。
[0025]
进一步地，通过同时接通所述上层链路、中层链路和下层链路，籍由所述中层链路激发待测光纤的非线性，产生受激布里渊散射，并籍由所述上层链路对载波光信号进行相位调制，通过调谐调制微波频率来改变调制后光信号边带的波长，实现微波扫频到光扫频的转换，以使得所述上层链路输出的已调光信号通过待测光纤后，其负一阶边带位于布里渊放大通带内而被放大，而一阶边带被抑制，再通过所述探测器对其进行包络检波后还原调制微波信号以实现受激布里渊增益谱的放大通带特征提取，并通过所述下层链路传输的参考光信号补偿上层链路的载波损耗以提高探测器输出的微波信号功率值，最后通过所述信号分析器读取最大增益对应频率以及下降到四分之一最大增益处对应的频率，并结合下式计算受激布里渊增益谱的峰值本征线宽：
[0026]
δνb＝2|f
max-f-6db
|；
[0027]
上式中，δνb为受激布里渊增益谱的峰值本征线宽，f
max
为最大增益对应频率，f-6db
为下降到四分之一最大增益处对应的频率。
[0028]
与传统测量方法截然不同，本发明是采用微波光子技术来对光纤的电致伸缩系数进行测量，该测量方法的物理本质是基于“受激布里渊效应”而非“相干干涉”，该方法在对光纤的电致伸缩系数进行测量时克服了传统测量方法中高环境敏感性与不稳定的缺点。尤其值得一提的是，本发明对信号处理的过程是在“电域”而非“光域”完成，其“电域”频谱分辨率远高于“光域”波长分辨率(对于1550nm波长而言，0.1nm的分辨率对应2.5ghz)，故其测试精度要高于传统方法。此外，本发明所涉测试方案与传统方法相比更简洁可行，具有较好的实用价值。
附图说明
[0029]
图1是受激布里渊散射简易结构及原理分析图。
[0030]
图2是基于受激布里渊散射放大器的简易结构及原理分析图。
[0031]
图3是实施例中微波扫频的原理分析图。
[0032]
图4是实施例所涉光纤电致伸缩系数测量装置的结构图。
具体实施方式
[0033]
为了便于本领域技术人员更好地理解本发明相对于现有技术的改进之处，下面结
合附图对本发明作更进一步的说明，应当理解的是，下面提及的具体实施方式仅用于对本发明进行说明，而非对本发明的具体限制。
[0034]
在本实施例中，首先基于光纤中的受激布里渊散射效应对电致伸缩系数进行理论建模，求解其与受激布里渊增益谱的增益峰值与本征线宽之间的物理关系；然后基于包络检波技术来求解峰值增益并确定布里渊频移值；再利用构建的相位调制-直接解调的链路，通过微波扫频确定受激布里渊增益谱的峰值本征线宽；最后求解电致伸缩系数值。下面对各部分的内容作详细介绍。
[0035]
图1示出了受激布里渊散射简易结构及其原理分析。由于环形器为非互易器件，按照顺时针方向，左端口输入光信号只能在右端口输出，右端口输入信号只能在下端口输出，下端口输入信号只能从左端口输出，其他传输途径均为禁止。泵浦光(频率为f
p
)左进右出后进入光纤圈，当光功率足够大、光纤足够长时则会激发光纤的非线性，产生受激布里渊散射现象。从物理学角度讲，布里渊散射是在介质中传输的光信号被介质材料晶格的声学振动引起的散射。声学振动使光信号发生了多普勒频移，结果产生了新的光信号分量。散射过程是一个非弹性过程，有两种可能的产生形式：在斯托克斯散射过程中，一个光子湮灭，并伴随着一个更低频率的光子和一个声子的产生；在反斯托克斯散射过程中，一个光子和一个声子的湮灭伴随着一个更高频率的光子的产生。斯托克斯过程发生的可能性更大，其散射光的方向与输入光信号的方向相反，频率要低于泵浦光频率，即f
p-fs＝fb，其中fs与fb分别为斯托克斯光频率与布里渊频移。根据能量守恒定律，泵浦光转换为斯托克斯光以后其功率降低，并且在斯托克斯光中心频率处产生一放大通带，即所谓的受激布里渊增益谱，其中心频率一般为9-10ghz，带宽为mhz 数量级；而在泵浦光中心频率处则产生一衰减通带。根据非线性光学原理已知其放大通带的增益峰值可表示为其中，γe即为待求的光致伸缩系数，n为光纤折射率，λ
p
为泵浦光波长，ρ0为光纤密度，c为光速，va为声速，δνb为增益谱的本征线宽。求解上述公式，不难得出光致伸缩系数除了增益峰值gb与本征线宽δνb，其余参数均为常数，即通过求解增益峰值gb与本征线宽δνb可得出光纤的光致伸缩系数γe的值。
[0036]
图2示出了基于受激布里渊散射放大器的简易结构及其原理分析。基于图1受激布里渊散射效应分析，将泵浦光输入光纤圈后激发光纤的受激布里渊非线性，将在泵浦光左频移fb处产生一放大增益区，当反向入射光(频率为f
in
)从右至左通过光纤圈，该光纤圈等效为“窄带带通滤波器”与“窄带放大器”组合，实现窄带滤波的同时可对其通带内信号实现放大，最终通过环形器右端口输入下端口输出，其输出信号频率为f
out
，其中f
in
＝f
out
，且f
p-f
in
＝fb。
[0037]
图4示出了用于光纤电致伸缩系数测量的装置的结构。该装置主要由光源供给模块、测量主体模块、信号处理与分析模块三部分组成。
[0038]
其中，光源供给模块提供单频点信号光源，并将光信号分流为载波光信号、泵浦光信号与参考光信号，并分别注入测量主体模块的上、中、下三层链路。具体而言，光源供给模块包括依次连接的激光器、隔离器与耦合器1，激光器产生的单频点光信号通过隔离器后进
入耦合器1被分成三个支路分别传输至测量主体模块的上层链路、中层链路和下层链路，隔离器用于隔离光信号的回传，耦合器1用于实现光信号的1：3分流。
[0039]
测量主体模块是产生受激布里渊效应的核心结构。其中，上层链路的功能在于实现相位调制，进而完成从微波扫频到光扫频的转换；中层链路在于实现受激布里渊散射效应，激发增益谱，便于求解增益峰值gb与本征线宽δνb；下层链路主要承载参考光信号，为信号处理与分析模块提供参考光信号。具体而言，上层链路包括偏振控制器、相位调制器与可调微波信号源，偏振控制器的输入端连接耦合器1的一个输出端，偏振控制器的输出端及可调微波信号源均连接相位调制器，偏振控制器用于控制载波光信号的偏振态以使之与相位调制器的偏振态匹配，输入至相位调制器的光信号被可调微波信号源发送的电信号进行相位调制后通过待测光纤反向传输至中层链路。中层链路包括依次连接的放大器、可调衰减器以及环形器，放大器连接耦合器1的一个输出端，进入中层链路的泵浦光信号通过放大器放大后进入可调衰减器，并通过可调衰减器对进入环形器的光信号功率进行调节；泵浦光信号从环形器的左端口流入右端口后进入待测光纤，当其功率值超过阀值功率后激发待测光纤的非线性效应而产生受激布里渊散射，其后向传输的斯托克斯光反向传入环形器的右端口，然后从环形器的下端口流入至下层链路。下层链路主要由连接耦合器1和耦合器2的光纤传输线构成，通过该光纤传输线向信号处理与分析模块输送参考光信号。
[0040]
信号处理与分析模块是产生测量数据的核心。如图所示，信号处理与分析模块包括依次连接的耦合器2、探测器、窄带滤波器与信号分析器，耦合器2用于对自中层链路和下层链路输入的光信号进行合波，探测器通过包络检波将光信号转变为电信号，窄带滤波器用于对探测器输出的信号进行选频滤波，信号分析器用于对滤波后的信号进行频谱与功率分析。
[0041]
利用该装置测量光纤电致伸缩系数的过程主要包括：第一步，断开上层链路，仅让中层链路和下层链路联合工作，旨在求解增益峰值gb的同时确定布里渊频移fb。第二步，联通上层链路，实现上、中、下三层链路联合工作，旨在求解本征线宽δνb值。第三步，根据增益峰值gb与本征线宽δνb计算光纤的光致伸缩系数γe。
[0042]
上述第一步的具体过程与原理为：由光源供给模块提供的泵浦光信号进入中层链路后通过放大器放大，并进入可调光衰减器进行功率调谐，然后通过环形器进入待测光纤中激发非线性，产生受激布里渊散射，斯托克斯光反向传送至环形器右端口后经下端口与下层链路中的参考光信号同时进入耦合器2，两相干光信号通过探测器拍频后还原成电信号，然后通过窄带滤波器滤波后进入信号分析器实现频谱与功率分析，获取增益峰值gb与布里渊频移fb。具体而言：如图4所示，将环形器左端标记为a1，并以a1代表进入环形器的泵浦光幅度；将环形器下端标记为a2，并以a2代表反向传输的斯托克斯光通过光纤与环形器后的光幅度；将待测光纤尾端标记为a3，以 a3代表反向传输的斯托克斯光在光纤末端(即反向传输起点)的幅度；下层链路标记为a4，并以a4代表参考光信号的幅度。为方便理论推导与建模，忽略环形器的插入损耗(工程应用中可通过“校准”来扣除)，那么，a1即为进入待测光纤的泵浦光幅值，a3即为反向传输的斯托克斯光信号幅值，增益峰值a1与a4可直接通过光功率计测得，即为已知值；a2与a3不能直接测得，为未知值 (需要补充说明的是，环形器下端的光谱较为复杂，而a2仅为斯托克斯光幅值，故不能直接测得)。求解增益峰值gb的
过程如下。设进入耦合器2的参考光信号为斯托克斯光信号为ω
p
与ωs分别为参考光信号与斯托克斯光信号的角频率，且ω
p
＝2πf
p
，ωs＝2πfs。两光信号通过探测器拍频后进行包络检波，最终还原成电信号，其输出信号的电流i
p
＝ρ|e2+e4|2，求解得其中ρ为探测器的响应度，ωb为布里渊频移角频率，其值为ωb＝2πfb＝ω
p-ωs。通过窄带滤波器后输出信号电流值为i＝2ρa2a4cosωbt。通过信号分析器最终读取其输出信号频率fb(即前述布里渊频移)以及输出信号功率p
out
。而根据i0为信号的有效电流，可求解得p
out
＝2(ρa2a4)2r。设光纤长度为l，损耗系数为α，可得出最终根据测量的功率值求得a3的值为而进而可得出：最终得出增益峰值gb的值。
[0043]
上述第二步的具体过程与原理为：联通上层链路，让三层链路同时工作。如上文所述，中层链路构建了受激布里渊散射架构并激发待测光纤的布里渊增益谱，只要通信光信号的频率位于增益谱的通带内，该信号即被放大，带通外的信号被抑制。上层链路构建了相位调制架构，通过调谐调制微波频率来改变调制后光信号边带的波长，实现从微波扫频到光波扫频的转换。图3是本步骤中微波扫频原理分析图。如图所示，上层链路的载波光信号与中层链路的泵浦光信号同源于光源供给模块，两者同频，即f0＝f
p
，即图中显示的严格对准。当上层链路的调制微波信号(频率fm)对载波进行相位调制的时候，如果仅仅考虑一阶边带(负一阶边带与一阶边带频率分别为f-1
与f1)，根据调制原理可得负一阶边带频率与载波频率关系fm＝f
0-f-1
，如果调制微波频率在布里渊频移附近，则被放大，即通过连续调节微波调制信号频率实现了负一阶边带的光频的连续变化，实现了从电域微波扫频到光域边带扫频的过渡，即完成了受激布里渊散射增益谱特征的成功提取。光域放大通带的特征提取通过探测器的包络检波后实现解调，最终在电域得到体现，具体而言：上层链路的微波扫频信号对光载波进行相位调制，已调光信号通过待测光纤后其负一阶边带位于布里渊放大通带内进而被放大，而一阶边带被抑制，故两者“幅度相等相位相差π”的关系被打破 (幅度不等)，进而使得该信号通过探测器进行包络检波后可还原调制微波信号，即通过调谐微波信号频率呈现了受激布里渊增益谱的放大通带特征；同时，通过下层链路输入的参考光信号可以补偿上层链路的载波损耗，从而有效提高探测器输出的微波功率值。通过微波扫频，根据“光域3db带宽对应电域6db带宽”的原则(平方律检波原理)，如最大增益对应频率为f
max
，下降到四分之一最大增益处对应的频率为f-6db
，则可得受激布里渊增益谱的本征线宽δνb值为δνb＝2|f
max-f-6db
|，即通过信号分析器读取f
max
与f-6db
的值求解得到δνb。
[0044]
最后执行第三步，基于第一、二步得到的增益峰值gb与本征线宽δνb值，根据公式即可计算出待测光纤的光致伸缩系数γe。
[0045]
从上述对于本实施例中光纤电致伸缩系数测量装置的工作原理及操作步骤说明可知，该测量装置的结构简洁易于实施，其实现对光纤电致伸缩系数测量的物理本质是基于“受激布里渊效应”而非“相干干涉”，因而在对光纤的电致伸缩系数进行测量时能够克服传统测量方法中高环境敏感性与不稳定性的缺点；此外，由于上述信号处理过程在“电域”而非“光域”完成，其“电域”频谱分辨率远高于“光域”波长分辨率(对于1550nm波长而言，0.1nm的分辨率对应2.5ghz)，故该方案的测试精度要高于传统方法。
[0046]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.测量光纤电致伸缩系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：基于光纤的受激布里渊散射效应以及非线性光学原理确定光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽三者之间的关系；利用泵浦光激发待测光纤的非线性以产生受激布里渊散射，结合包络检波技术计算受激布里渊增益谱增益峰值并确定布里渊频移值；利用微波扫频信号对与泵浦光同源的光载波进行相位调制，实现从微波扫频到光扫频的转换，通过提取受激布里渊散射增益谱特征并结合平方律检波原理，计算受激布里渊增益谱的峰值本征线宽；根据光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽三者之间的关系得出待测光纤的电致伸缩系数。2.如权利要求1所述测量光纤电致伸缩系数的方法，其特征在于，所述光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽三者之间的关系为：上式中，γ
e
为光纤电致伸缩系数，n为光纤折射率，λ
p
为泵浦光波长，ρ0为光纤密度，c为光速，v
a
为声速，δν
b
为增益谱的本征线宽，g
b
为受激布里渊增益谱增益峰值。3.测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：包括依次连接的光源供给模块、测量主体模块和信号处理与分析模块；所述光源供给模块用于提供单频点信号光源并将光信号分流为载波光信号、泵浦光信号与参考光信号并对应输入测量主体模块的上层链路、中层链路和下层链路；所述上层链路用于对载波光信号进行相位调制后通过待测光纤将其反向输入中层链路，并通过调谐调制微波频率来改变调制后光信号边带的波长，实现从微波扫频到光扫频的转换；所述中层链路用于对泵浦光信号进行功率调谐后将其输入待测光纤中激发非线性，产生受激布里渊散射，激发增益谱，并将后向传输的斯托克斯光传输至信号处理与分析模块；所述下层链路用于将参考光信号传输至信号处理与分析模块；所述信号处理与分析模块用于对自中层链路和下层链路输入的光信号进行合波，并通过包络检波将光信号转变为电信号，再对电信号进行选频滤波以及对滤波后的信号进行频谱与功率分析，得到受激布里渊增益谱的增益峰值及峰值本征线宽，并根据光纤电致伸缩系数与受激布里渊增益谱增益峰值、峰值本征线宽之间的关系计算出待测光纤的电致伸缩系数；上式中，γ
e
为光纤电致伸缩系数，n为光纤折射率，λ
p
为泵浦光波长，ρ0为光纤密度，c为光速，v
a
为声速，δν
b
为增益谱的本征线宽，g
b
为受激布里渊增益谱增益峰值。4.如权利要求3所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：所述光源供给模块包括依次连接的激光器、隔离器与耦合器1，所述激光器产生的单频点光信号通过隔离器后进入耦合器1被分成三个支路分别传输至测量主体模块的上层链路、中层链路和下层链路，所述隔离器用于隔离光信号的回传，所述耦合器1用于实现光信号的分流。5.如权利要求3所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：所述信号处理与分析模块包括依次连接的耦合器2、探测器、窄带滤波器与信号分析器，所述耦合器2用于对自中
层链路和下层链路输入的光信号进行合波，所述探测器通过包络检波将光信号转变为电信号，所述窄带滤波器用于对探测器输出的信号进行选频滤波，所述信号分析器用于对滤波后的信号进行频谱与功率分析。6.如权利要求3所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：所述上层链路包括偏振控制器、相位调制器与可调微波信号源，所述偏振控制器的输入端连接耦合器1的一个输出端，所述偏振控制器的输出端及可调微波信号源均连接相位调制器，所述偏振控制器用于控制载波光信号的偏振态以使之与相位调制器的偏振态匹配，输入至所述相位调制器的光信号被可调微波信号源发送的电信号进行相位调制后通过待测光纤反向传输至中层链路。7.如权利要求6所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：所述中层链路包括依次连接的放大器、可调衰减器以及环形器，所述放大器连接耦合器1的一个输出端，进入所述中层链路的泵浦光信号通过放大器放大后进入可调衰减器，并通过所述可调衰减器对进入环形器的光信号功率进行调节；泵浦光信号从所述环形器的左端口流入右端口后进入待测光纤，当其功率值超过阀值功率后激发所述待测光纤的非线性效应而产生受激布里渊散射，其后向传输的斯托克斯光反向传入所述环形器的右端口，然后从所述环形器的下端口流入至下层链路。8.如权利要求7所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：所述下层链路包括连接耦合器1和耦合器2的光纤传输线，所述光纤传输线用于传输参考光信号。9.如权利要求8所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：通过断开所述上层链路，仅接通所述中层链路与下层链路，由所述光源供给模块提供的泵浦光信号进入中层链路经放大器放大后进入可调光衰减器进行功率调谐，再经所述环形器的左端口流入右端口后进入待测光纤中激发非线性，产生受激布里渊散射，产生的斯托克斯光反向传送至所述环形器的右端口后经下端口与下层链路传输的参考光信号一同进入耦合器2，两相干光信号通过所述探测器拍频后还原成电信号输出至窄带滤波器，通过所述信号分析器读取经窄带滤波器后的输出信号频率以及输出信号功率，并结合下式计算受激布里渊增益谱的增益峰值的值：上式中，g
b
为受激布里渊增益谱的增益峰值的值，p
out
为输出信号功率，ρ为探测器的响应度，a1为进入环形器的泵浦光幅度，a4为参考光信号的幅度，l和α分别为待测光纤的长度和损耗系数。10.如权利要求9所述测量光纤电致伸缩系数的装置，其特征在于：通过同时接通所述上层链路、中层链路和下层链路，籍由所述中层链路激发待测光纤的非线性，产生受激布里渊散射，并籍由所述上层链路对载波光信号进行相位调制，通过调谐调制微波频率来改变调制后光信号边带的波长，实现微波扫频到光扫频的转换，以使得所述上层链路输出的已调光信号通过待测光纤后，其负一阶边带位于布里渊放大通带内而被放大，而一阶边带被抑制，再通过所述探测器对其进行包络检波后还原调制微波信号以实现受激布里渊增益谱的放大通带特征提取，并通过所述下层链路传输的参考光信号补偿上层链路的载波损耗以
提高探测器输出的微波信号功率值，最后通过所述信号分析器读取最大增益对应频率以及下降到四分之一最大增益处对应的频率，并结合下式计算受激布里渊增益谱的峰值本征线宽：δν
b
＝2|f
max-f-6db
|；上式中，δν
b
为受激布里渊增益谱的峰值本征线宽，f
max
为最大增益对应频率，f-6db
为下降到四分之一最大增益处对应的频率。

技术总结
测量光纤电致伸缩系数的方法和装置，本发明首先基于光纤的受激布里渊散射效应对电致伸缩系数进行理论建模，得出其与受激布里渊增益谱的增益峰值与峰值本征线宽之间的关系，然后基于包络检波技术来求解增益峰值并确定布里渊频移值，再利用相位调制-直接解调链路，通过微波扫频确定受激布里渊增益谱的峰值本征线宽，最后根据增益峰值与峰值本征线宽计算得出待测光纤的电致伸缩系数值。与传统方法不同，本发明是基于受激布里渊散射效应，采用微波光子技术来对光纤的电致伸缩系数进行测量，在避免相干干涉产生的高环境敏感性、不稳定性的同时，实现了测量过程在电域进行，从而进一步提高了测量精度，具有较好的应用价值。具有较好的应用价值。具有较好的应用价值。


技术研发人员：洪俊 何西 贺卫 王小虎 邓元祥 李纪龙 李宗轩
受保护的技术使用者：湖南工学院
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2022/5/25