Применение волоконного случайного лазера в распределенном зондировании

В 2013 году была предложена и проверена экспериментами новая концепция DRA на основе высокопроизводительного насоса DFB-RFL. Благодаря уникальной структуре полуоткрытой полости DFB-RFL, его механизм обратной связи основан только на рэлеевском рассеянии, случайно распределенном в волокне. Спектральная структура и выходная мощность случайного лазера высокого порядка обладают превосходной температурной нечувствительностью, поэтому высококачественный DFB-RFL может формировать очень стабильный малошумящий полностью распределенный источник накачки. Эксперимент, показанный на рисунке 13(a), подтверждает концепцию распределенного комбинационного усиления, основанную на DFB-RFL высокого порядка, а на рисунке 13(b) показано распределение усиления в состоянии прозрачной передачи при различных мощностях накачки. Из сравнения видно, что наилучшей является двунаправленная накачка второго порядка с неравномерностью усиления 2,5 дБ, за которой следует обратная случайная лазерная накачка второго порядка (3,8 дБ), а прямая случайная лазерная накачка близка к первому порядку. 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 DFB-RFL-накачки 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/восприятия во всем диапазоне, а случайный лазер нечувствителен к температуре и имеет хорошую стабильность. Таким образом, DRA на основе высокопроизводительного DFB-RFL может обеспечивать малошумящее и стабильное распределенное сбалансированное усиление для передачи/считывания по оптоволоконному кабелю на большие расстояния, а также имеет потенциал для реализации безрелейной передачи и измерения на сверхдальние расстояния. .

Распределенное оптоволоконное зондирование (DFS), как важная отрасль в области технологии оптического зондирования, имеет следующие выдающиеся преимущества: Оптическое волокно само по себе является датчиком, объединяющим зондирование и передачу; он может непрерывно измерять температуру каждой точки на оптоволоконном пути. Пространственное распределение и информацию об изменении физических параметров, таких как деформация и т. д.; по одному оптическому волокну можно получить до сотен тысяч точек сенсорной информации, что в настоящее время может сформировать сенсорную сеть на самом большом расстоянии и с самой большой емкостью. Технология DFS имеет широкие перспективы применения в области мониторинга безопасности важнейших объектов, связанных с народным хозяйством и жизнедеятельностью населения, таких как кабели электропередачи, нефте- и газопроводы, высокоскоростные железные дороги, мосты и тоннели. Однако для реализации DFS на больших расстояниях, с высоким пространственным разрешением и точностью измерения все еще существуют проблемы, такие как крупномасштабные области низкой точности, вызванные потерями волокна, расширение спектра, вызванное нелинейностью, и системные ошибки, вызванные нелокализацией.
Технология DRA, основанная на высококачественном DFB-RFL, обладает уникальными свойствами, такими как равномерный коэффициент усиления, низкий уровень шума и хорошая стабильность, и может играть важную роль в приложениях DFS. Во-первых, он применяется в 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, была применена передовая технология DFB-RFL DRA для увеличения расстояния срабатывания фазочувствительного оптического рефлектометра во временной области (Φ-OTDR) для обнаружения вибрации/помех, что позволило достичь рекордного расстояния срабатывания — 175 км (25 м в пространстве). разрешение. В 2019 году, объединив прямое RFLA второго порядка и обратное оптоволоконное случайное усиление лазера третьего порядка, FU Y et al. расширил дальность действия БОТДА без ретранслятора до 175 км. Насколько нам известно, об этой системе сообщалось до сих пор. Самое большое расстояние и самый высокий показатель качества (Знак качества, FoM) BOTDA без ретранслятора. Это первый случай, когда случайное усиление лазера третьего порядка было применено к распределенной оптоволоконной сенсорной системе. Реализация этой системы подтверждает, что случайное усиление волоконного лазера высокого порядка может обеспечить высокое и равномерное распределение усиления и имеет приемлемый уровень шума.