Применение волоконного случайного лазера в распределенном зондировании

В 2013 году была предложена и проверена экспериментально новая концепция DRA на основе высококачественного насоса DFB-RFL. Благодаря уникальной полуоткрытой структуре резонатора DFB-RFL его механизм обратной связи основан только на рэлеевском рассеянии, случайно распределенном в волокне. Спектральная структура и выходная мощность полученного случайного лазера высокого порядка демонстрируют отличную нечувствительность к температуре, поэтому High-end DFB-RFL может формировать очень стабильный, полностью распределенный источник накачки с низким уровнем шума. Эксперимент, показанный на рисунке 13 (a), проверяет концепцию распределенного рамановского усиления на основе DFB-RFL высокого порядка, а на рисунке 13 (b) показано распределение усиления в состоянии прозрачной передачи при различных мощностях накачки. Из сравнения видно, что двунаправленная накачка второго порядка является наилучшей с равномерностью усиления 2,5 дБ, за которой следует случайная лазерная накачка обратного второго порядка (3,8 дБ), в то время как прямая случайная накачка лазера близка к накачке первого порядка. двунаправленная накачка соответственно При 5,5 дБ и 4,9 дБ производительность обратной накачки DFB-RFL ниже среднего усиления и колебаний усиления. В то же время эффективный коэффициент шума прямой накачки DFB-RFL в прозрачном окне пропускания в этом эксперименте на 2,3 дБ ниже, чем у двунаправленной накачки первого порядка, и на 1,3 дБ ниже, чем у двунаправленной накачки второго порядка. . По сравнению с обычным DRA это решение имеет очевидные комплексные преимущества в подавлении передачи шума относительной интенсивности и реализации сбалансированной передачи / считывания во всем диапазоне, а случайный лазер нечувствителен к температуре и имеет хорошую стабильность. Следовательно, DRA на основе высококачественного DFB-RFL может быть. Он обеспечивает малошумное и стабильное распределенное сбалансированное усиление для передачи / считывания по оптоволокну на большие расстояния и имеет потенциал для реализации безрелейной передачи и обнаружения на сверхдальние расстояния. .

Распределенное оптоволоконное зондирование (DFS) как важная ветвь в области технологии зондирования оптического волокна имеет следующие выдающиеся преимущества: оптическое волокно само по себе является датчиком, объединяющим зондирование и передачу; он может непрерывно определять температуру в каждой точке оптоволоконного тракта. Пространственное распределение и изменять информацию о физических параметрах, таких как деформация и т.д .; одно оптическое волокно может получить до сотен тысяч точек сенсорной информации, что в настоящее время может сформировать сенсорную сеть с наибольшим расстоянием и максимальной пропускной способностью. Технология DFS имеет широкие перспективы применения в области мониторинга безопасности основных объектов, связанных с национальной экономикой и жизнеобеспечением людей, таких как кабели электропередачи, нефте- и газопроводы, высокоскоростные железные дороги, мосты и туннели. Однако для реализации DFS с большим расстоянием, высоким пространственным разрешением и точностью измерения все еще существуют проблемы, такие как крупномасштабные области с низкой точностью, вызванные потерями в волокне, спектральное расширение, вызванное нелинейностью, и системные ошибки, вызванные нелокализацией.
Технология DRA, основанная на высококачественном DFB-RFL, обладает уникальными свойствами, такими как равномерное усиление, низкий уровень шума и хорошая стабильность, и может играть важную роль в приложениях DFS. Во-первых, он применяется к BOTDA для измерения температуры или деформации оптического волокна. Экспериментальное устройство показано на рисунке 14 (а), где используется гибридный метод накачки случайного лазера второго порядка и малошумящего ЛД первого порядка. Результаты экспериментов показывают, что система BOTDA длиной 154,4 км имеет пространственное разрешение 5 м и точность измерения температуры ± 1,4, как показано на Рисунках 14 (b) и (c). Кроме того, передовая технология DFB-RFL DRA была применена для увеличения расстояния срабатывания фазочувствительного оптического рефлектометра во временной области (Φ-OTDR) для обнаружения вибрации / возмущений, достигнув рекордного расстояния срабатывания 175 км 25 м. Пространственное разрешение. В 2019 году путем смешивания прямого RFLA второго порядка и обратного случайного усиления волоконного лазера третьего порядка FU Y et al. увеличена дальность срабатывания BOTDA без репитера до 175 км. Насколько нам известно, об этой системе пока что не сообщалось. Самая длинная дистанция и самый высокий коэффициент качества (Figure of Merit, FoM) BOTDA без повторителя. Впервые в распределенной волоконно-оптической системе зондирования применено усиление волоконного случайного лазера третьего порядка. Реализация этой системы подтверждает, что случайное усиление волоконного лазера высокого порядка может обеспечивать высокое и равномерное распределение усиления и имеет приемлемый уровень шума.