拉曼散射效应(Raman Scattering Effect)
光脉冲射入传感用的光纤之中,在光脉冲向前的传播过程中,由于光纤的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象,有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播,称之为背向散射光,返回的背向散射光包括:
- RayLeigh 散射,由光纤折射率的微小变化引起,其频率与入射光脉冲一致;
- Raman 散射,由光子与光声子相互作用引起,其频率与入射光脉冲相差几十太赫兹;
- Brillouin 散射,由光子与光纤内弹性声波场低频声子相互作用引起。其频率与入射光脉冲相差几十吉赫兹。

针对温度检测需求,Rayleigh 散射信号对温度变化不敏感;Brillouin 散射信号的变化与温度和应力有关,但信号剥离难度大;Raman 散射信号的变化与温度有关,而且 Raman 散射信号相对容易获取和分析,因此工业应用主要采集Raman 散射信号进行温度分析。
Raman散射会产生两个不同频率的信号:斯托克斯光和反斯托克斯光,斯托克斯信号与温度无关, 反斯托克斯信号和温度有关,因此通过比较光纤内任一点的斯托克斯信号和反斯托克斯信号即可得到该点的温度信息,通过获取Raman散射两束散射光的光强值便可实现光纤分布式温度测量。 |