DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-4-561-566


УДК681.787

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ЭРБИЕВОГО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ НА ШУМЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Быкадоров М. В., Плотников М. Ю., Волков А. В., Дмитращенко П. Ю.


Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Быкадоров М.В., Плотников М.Ю., Волков А.В., Дмитращенко П.Ю. Исследование влияния коэффициента усиления эрбиевого волоконно-оптического усилителя на шумы волоконно-оптического интерферометрического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 4. С. 561–566. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-4-561-566

Аннотация

Предмет исследования. Представлены результаты экспериментального исследования влияния коэффициента усиления эрбиевого волоконно-оптического усилителя на шумы волоконно-оптического интерферометрического датчика акустического давления. Волоконно-оптический датчик выполнен на основе интерферометра Майкельсона. Оптический усилитель расположен после компенсационного интерферометра, осуществляющего вспомогательную фазовую модуляцию интерференционного сигнала. Для восстановления фазового сигнала с датчика используется алгоритм гомодинной демодуляции. Метод. В ходе эксперимента на датчик не оказывалось внешних акустических воздействий. Осуществлялся контроль мощности выходных оптических сигналов с оптического усилителя. Шумовые сигналы с датчика после демодуляции записывались в файлы данных при различных значениях коэффициента усиления оптического усилителя. Производились спектральные оценки уровня собственных шумов волоконно-оптического интерферометрического датчика методом модифицированных периодограмм при различных значениях коэффициента усиления оптического усилителя. Полученные оценки использовались для определения зависимости уровня собственных шумов волоконно-оптического датчика от коэффициента усиления оптического усиления. Основные результаты. Средние значения уровня собственных шумов волоконно-оптического интерферометрического датчика составили 64 мкрад/Гц0,5 на частоте 355 Гц, 68 мкрад/Гц0,5 на частоте 450 Гц и 66 мкрад/Гц0,5 на частоте 500 Гц. Результаты эксперимента по измерению уровня собственных шумов волоконно-оптического интерферометрического датчика продемонстрировали их незначительное увеличение с ростом коэффициента усиления рассматриваемого оптического усилителя с 14,6 дБ до 25,8 дБ. Увеличение уровня собственных шумов составило порядка нескольких процентов и не превысило погрешности проведенных измерений. Практическая значимость. Отсутствие существенных изменений в уровне собственных шумов рассматриваемого волоконно-оптического датчика при изменении коэффициента усиления оптического усилителя обусловлено подавлением шумов интенсивности используемой схемой демодуляции. Рассматриваемый оптический усилитель может быть использован для усиления оптических сигналов с массива мультиплексированных волоконно-оптических датчиков без существенного ухудшения их шумовых параметров при условии использования алгоритма гомодинной демодуляции с подавлением шумов интенсивности источника оптического излучения.


Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, эрбиевый волоконно-оптический усилитель, коэффициент усиления, уровень собственных шумов

Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект №03.G25.31.0245).

Список литературы
 1.    Удд Э. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. М.: Техносфера, 2008. 518 с.
2.     Yin S., Ruffin P.B., Yu F.T.S. Fiber Optic Sensors. 2nd ed. CRC Press, 2008. 492 p.
3.     Nash P.J., Cranch G.A., Hill D.J. Large-scale multiplexed fibre-optic arrays for geophysical applications // Proceedings of SPIE. 2000. V. 4202. P. 55–65.
4.     Cranch G.A., Nash P.J., Kirkendall C.K. Large-scale remotely interrogated arrays of fiber-optic interferometric sensors for underwater acoustic applications // IEEE Sensors Journal. 2003. V. 3. N 1. P. 19–30. doi: 10.1109/JSEN.2003.810102
5.     Nakstad H., Kringlebotn J.T. Realisation of a full-scale fibre-optic ocean bottom seismic system // Proceedings of SPIE. 2008. V. 7004. doi: 10.1117/12.791158
6.     Liao Y., Austin E., Nash P.J., Kingsley S.A., Richardson D.J. Highly scalable amplified hybrid TDM/DWDM array architecture for interferometric fiber-optic sensor systems // Journal of Lightwave Technology. 2013. V. 31. N 6.
P. 882–888. doi: 10.1109/JLT.2012.2234084
7.     Cranch G.A. et al. Large-scale remotely pumped and interrogated fiber-optic interferometric sensor array // IEEE Photonics Technology Letters. 2003. V. 15. N 11.
P. 1579–1581. doi: 10.1109/LPT.2003.818686
8.     Cranch G.A., Nash. P.J. Large-scale multiplexing of interferometric fiber-optic sensors using TDM and DWDM // Journal of Lightwave Technology. 2001. V. 19. P. 687–699. doi: 10.1109/50.923482
9.     Cranch G.A., Nash P.J. High multiplexing gain using TDM and WDM in interferometric sensor arrays // Proceedings of SPIE. 1999. V. 3860. P. 531–537.
10.  Kersey A.D., Dandridge A., Davis A.R., Kirdendall C.K., Marrone M.J., Gross D.G. 64-element time-division multiplexed interferometric sensor array with EDFA telemetry // Optical Fiber Communications. 1996. P. 270–271.
11.  Becker P.M., Olsson A.A., Simpson J.R. Erbium-Doped Fiber Amplifiers: Fundamentals and Technology. Academic Press, 1999. 451 p.
12.  Christian T.R., Frank P.A., Houston B.H. Real-time analog and digital demodulator for interferometric fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 1994. V. 2191. P. 324–336.
13.  Беликин М.Н., Плотников М.Ю., Стригалев В.Е., Куликов А.В., Киреенков А.Ю. Экспериментальное сравнение алгоритмов гомодинной демодуляции сигналов для фазового волоконно-оптического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 6. С. 1008–1014. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-6-1008-1014
14.  Kersey A.D., Marrone M.J., Davis M.A. Polarisation-insensitive fibre optic Michelson interferometer // Electronics Letters. 1991. V. 27. N 6. P. 518–520. doi: 10.1049/el:19910325
15.  Volkov A.V., Plotnikov M.Y., Mekhrengin M.V., Miroshnichenko G.P., Aleynik A.S. Phase modulation depth evaluation and correction technique for the PGC demodulation scheme in fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors Journal. 2017. V. 17. N 13. P. 4143–4150. doi: 10.1109/JSEN.2017.2704287
16.  Nikitenko A.N., Plotnikov M.Y., Plotnikov A.V., Mekhrengin M.V., Kireenkov A.Y. PGC-Atan demodulation scheme with the carrier phase delay compensation for fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors Journal. 2018. V. 18. N 5. P. 1985–1992.doi: 10.1109/JSEN.2018.2792540
17.  Солонина А.И., Улахович Д.А., Арбузов С.М., Соловьева Е.Б. Основы цифровой обработки сигналов. 2-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 768 с.
18.  Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 758 с.
19.  Blotekjaer K. Fundamental noise sources that limit the ultimate resolution of fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 1998. V. 3555. P. 1–12. doi: 10.1117/12.318192
20.  Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. М.: Техносфера, 2003. 495 с.
Wang L., Zhang M., Mao X., Liao Y. The arctangent approach of digital PGC demodulation for optic interferometric sensors // Proceedings of SPIE. 2006. V. 6292. Art. 62921E. doi: 10.1117/12.678455


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика