光纤分布式布里渊散射谱的P-V模型优化分析与参数估计

本文档探讨了光纤分布式布里渊传感系统中的关键问题，特别是当调制光脉冲宽度减小到10ns以下时，对光纤内部产生的布里渊散射谱特性进行深入分析。布里渊散射是光纤通信中一种重要的非线性效应，它在光纤传感中具有广泛应用，尤其是在监测光纤的温度、压力等物理参数时。 作者首先对普通单模光纤中的调制光脉冲和调制器泄漏连续光的相互作用进行了研究，这种相互作用导致了复杂的散射谱特征。在这一背景下，作者构建了一个创新的分析模型，即Pseudo-Voigt (P-V) 模型。这个模型是基于洛伦兹(Lorentzian)型谱和高斯(Gaussian)型谱的线性权重优化组合，旨在提高对光纤布里渊散射谱数据的拟合精度和参数估计的准确性。 Pseudo-Voigt模型结合了这两种谱线模型的优点，既保留了洛伦兹分布的尖锐边缘又具有高斯分布的宽尾巴，从而更准确地模拟实际散射谱。作者采用了Levenberg-Marquardt (L-M) 非线性最小二乘算法来实现对采集的光纤布里渊散射谱数据的曲线拟合和参数估计。L-M算法是一种迭代优化方法，能够有效地处理非线性问题，确保了结果的稳健性和有效性。 通过实验对比，作者发现使用Pseudo-Voigt模型处理散射谱数据相较于单一的洛伦兹型谱或高斯型谱，能提供更优的数据拟合效果和参数估计精度。这表明在光纤分布式布里渊传感系统中，Pseudo-Voigt模型作为一种有效的数据分析工具，对于提高传感性能和精确度具有重要意义。 本文的主要贡献在于提出了一种新型的光纤布里渊散射谱数据分析方法，这对于提升光纤传感器的性能，特别是在实时、高精度监测应用中，具有实用价值。这项工作对于理解光纤的非线性行为，优化光纤传感系统的性能，并推动相关领域的技术进步具有理论和实践意义。