0 引言
     时域无源光纤腔衰荡传感技术是由传统腔衰荡传感技术发展而来，该传感技术因具有稳定性好、易于实现准分布式传感和无需腔模式匹配等优点被广泛关注和研究[1-2]。典型的光纤腔是由2个光纤耦合器取代高反射率镜片构成的传统衰荡腔。由于光纤腔无需调腔，大大提高了传感系统的稳定性，但也存在因耦合器分光比不够高使腔内的固有损耗较大而导致灵敏度低的问题。降低腔内的固有损耗的方法有2种：一是采用直接降低固有损耗法，即使用具有低插入损耗的器件来降低腔内损耗，提高灵敏度，但这种方法降低的固有损耗非常有限[3-4]；二是采用有源光纤腔法，即在光纤腔内引入掺铒光纤放大器（EDFA）来补偿腔内固有损耗，实现灵敏度的大幅度提升[5-7]。这种时域有源光纤腔衰荡传感技术已成功应用于痕量气体的检测、原子与分子等吸收光谱的测量、医学诊断的测量和结构健康的监测，应用前景十分广泛[8-9]。但是，在灵敏度提升的同时，这种时域有源光纤腔衰荡传感技术也存在因EDFA带来的增益不稳定和自发辐射噪声大而导致传感系统稳定性较差和精度不够高的问题[10]，尽管人们采用增益钳制的EDFA和自适应滤波器等方法克服这些问题，但传感系统的稳定性和测量精度仍然十分有限[10-11]，其主要原因是时域有源光纤腔衰荡传感技术采用的是脉冲光，且EDFA的大增益所带来的高自发辐射噪声的影响导致经EDFA放大的脉冲光不断波动，无法保证衰荡腔内功率的稳定性。此外，时域有源光纤腔衰荡传感系统需要调制的脉冲激光作为光源，但系统中使用了高速光电探测器和高速示波器，这些仪器使得传感系统的成本较高[12]。因此，急需发展低成本、高稳定的新型光纤腔衰荡传感技术。
　　 2011年，YE F等人[13]将频移干涉技术引入到光纤腔衰荡传感技术中，提出了空域无源光纤腔衰荡传感技术，该技术采用低成本的连续光激光器、低速光电探测器和低速数据采集卡，降低了传感系统的成本，且采用的差分探测有效消除了直流噪声的干扰，改善了传感系统的稳定性，因此该技术得到了快速的发展，并成功地应用于弯曲损耗的测量[13]、气体浓度与成分的同步检测[14]、压力测量[15]以及磁场检测[16]等领域；但是，该技术也存在因腔内固有损耗大而导致灵敏度不够高的问题。而空域有源光纤腔衰荡传感技术在空域无源光纤腔衰荡技术的基础上，通过在衰荡腔内加入双向EDFA（Bi-EDFA）来补偿顺时针和逆时针传输的2束连续光在衰荡腔内所形成的固有损耗，从而大大提高传感系统的灵敏度。尽管Bi-EDFA的特性已有一些研究[17-19]，但大部分Bi-EDFA的增益大、自发辐射噪声也较大，且主要应用于光通信系统。而适用于空域有源光纤腔衰荡传感系统的Bi-EDFA至今仍未见研究报道。
       为此，本文设计基于线性腔的增益钳制Bi-EDFA，并通过优化，获得适合于空域有源光纤腔衰荡传感系统的低增益、低噪声的增益钳制Bi-EDFA。

3 结束语
     本文设计了基于线性腔结构的低增益、低噪声的增益钳制Bi-EDFA，应用Optisystem软件对其增益和噪声特性进行了数值仿真，并分析了FBG对的反射率、EDF长度和泵浦功率对Bi-EDFA的增益和噪声系数的影响。通过优化设计，在最佳参数条件下，获得了增益系数、噪声系数分别为15.52 dB、3.25 dB的增益钳制Bi-EDFA。与传统环形腔结构的EDFA相比，本文设计的Bi-EDFA噪声系数和增益系数更小，更加适用于空域有源光纤腔衰荡传感系统。该方案对于指导适合应用于空域有源光纤腔衰荡传感系统的Bi-EDFA的优化设计具有一定的参考价值。