1. 研究目的与意义（文献综述）

布里渊时域分析技术（brillouin optical time domain analyzer，botda），即基于光纤中的受激布里渊散射技术，广泛应用于大区域的应变或环境温度的测量。当外部信号作用于传感光纤上时，光纤中背向传输的布里渊散射频率和幅值都会发生相应变化，检测出布里渊频移参数的变化量，即可提取出外部信号。

1989年，t.horiguchi等人首先在实验中采用两束光分别从一根1.2km长的单模光纤两端入射，相对传输，实现了温度的分布式测量，获得了空间分辨率为100m，温度分辨率为3℃的实验结果，这是最早的botda传感实验的结果。而后，更多学者和公司加入botda系统的研究，botda检测距离和检测精度不断被刷新。在1993年x.bao等人对最初的实验装置进行改进，实现了32km的温度传感；2005年日本公司的k.kishida等提出了预泵浦技术，以此解决了测量时的空间分辨率和测量精度之间的矛盾，从而大大提高了系统的效率，利用了1ns的泵浦脉冲实现10cm空间分辨率；到了2009年，x.bao等人实现了在12km光纤上的1m空间分辨率；到了2010年，他们实现了在50km光纤上获得0.5m的空间分辨率；2012年，zan b等在相移脉冲botda系统中采用了格雷互补序列对，使空间分辨率达到了10cm；2014年，elooz d等人通过时域和相关域的结合在实验中实现了400m光纤中2cm的空间分辨率，从而更适合长距离的传输；2016年 zonglei l等人在dpp-botda系统中对探测光采取单边带调制并用对数检测解调信号，在40km的光纤中实现了2m的空间分辨率。

但是，同时获得高空间分辨率和检测精度仍然是一个十分困难的问题。为了打破光纤声子寿命的限制，2008 年韩国中央大学的 kwang yong song 首次提出布里渊动态光栅(bdg)的概念，该技术将泵浦光和探测光用不同的偏振方向分离开，使探测光与两束泵浦光形成的运动光栅相互作用，通过控制泵浦光和探测光的脉宽实现高精度测量而不影响空间分辨率。bdg技术提出之后便吸引了诸多著名研究小组的研究，其中就包括日本东京大学的kazuo hotate、加拿大渥太华大学xiaoyi bao、瑞士洛桑联邦理工学院的luc thévenaz等研究组。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容和目标

布里渊光时域分析技术（botda）是基于受激布里渊散射，通过测量光纤的布里渊频移分布获得光纤沿线任意位置的温度和应变信息，并通过光时域反射技术实现定位，通过缩短泵浦脉宽提高系统的空间分辨率。在botda系统的基础上，我们引入bdg来提高系统的测量精度，同时可以保证系统的空间分辨率，本课题研究bdg产生和探测原理，建立bdg的传感模型，分析bdg系统的性能参数，并通过matlab对bdg系统的信号和性能参数进行仿真分析。

主要研究内容包括：

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解传统botda系统中各个器件的工作原理和参数，并建立引入bdg的传感模型，完成开题报告。

第4－8周：完成英文文献翻译，进一步完善研究目标，建立比较完整的分布式bdg传感系统的理论分析模型；

第9－13周：分析bdg系统的信号特征和性能参数；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]孟祥腾. botda系统关键技术的理论和实验研究[d]. 华北电力大学, 2015.

[2]junhao hu,zhihao chen,changyuan yu. 150-km long distance fbg temperature and vibration sensor system based on stimulated raman ampli#64257;cation[j]. journal of lightwave technology，2012，30（8）:1237-1243.

[3]song k y, yoon h j. high-resolution brillouin optical time domain analysis based on brillouin dynamic grating.[j]. optics letters, 2010, 35(1):52-4.