Применение волоконного случайного лазера для точечного зондирования на сверхдальних расстояниях

Случайноволоконный лазер с распределенной обратной связьюна основе рамановского усиления было подтверждено, что его выходной спектр является широким и стабильным в различных условиях окружающей среды, а положение спектра генерации и ширина полосы полуоткрытого резонатора DFB-RFL такие же, как у добавленного устройства точечной обратной связи. коррелированный. Если спектральные характеристики точечного зеркала (например, ВБР) изменяются в зависимости от внешней среды, спектр генерации волоконного случайного лазера также будет меняться. Основываясь на этом принципе, волоконные случайные лазеры могут использоваться для реализации функций точечного зондирования на сверхдальних расстояниях.

В исследовательской работе, о которой сообщалось в 2012 году, с помощью источника света DFB-RFL и отражения FBG случайный лазерный свет может генерироваться в оптическом волокне длиной 100 км. Благодаря различным конструктивным решениям можно реализовать лазерный выход первого и второго порядка, соответственно, как показано на рисунке 15 (а). Для структуры первого порядкаисточник насосапредставляет собой лазер с длиной волны 1 365 нм, а датчик ВБР, соответствующий длине волны стоксова света первого порядка (1 455 нм), расположен на другом конце волокна. Структура второго порядка включает точечное зеркало ВБР с длиной волны 1 455 нм, которое размещается на конце накачки для облегчения генерации генерации, а датчик ВБР с длиной волны 1 560 нм размещается на дальнем конце волокна. Генерируемый лазерный свет выводится на стороне накачки, и измерение температуры может быть реализовано путем измерения изменения длины волны излучаемого света. Типичная зависимость между длиной волны генерации и температурой ВБР показана на рисунке 15(b).

Причина, по которой эта схема очень привлекательна для практических приложений, заключается в следующем: во-первых, чувствительный элемент является чисто пассивным устройством, и он может находиться далеко от демодулятора (более 100 км), который используется во многих сверхдлинных устройствах. - дистанционные среды приложений. (Например, мониторинг безопасности линий электропередач, нефте- и газопроводов, высокоскоростных железнодорожных путей и т. д.) является обязательным; Кроме того, измеряемая информация отражается в области длин волн, которая определяется только центральной длиной волны датчика ВБР, благодаря чему система в источнике питания накачки или в оптическом волокне может стабилизироваться при изменении потерь; наконец, отношение сигнал/шум в спектрах генерации первого и второго порядка достигает 20 дБ и 35 дБ соответственно, что указывает на то, что предельное расстояние, которое может воспринимать система, намного превышает 100 км. Таким образом, хорошая термическая стабильность и возможность обнаружения на сверхдальних расстояниях делают DFB-RFL высокоэффективной системой обнаружения оптического волокна.
Система точечного зондирования на расстоянии 200 км, аналогичная описанному выше методу, также была реализована, как показано на рисунке 16. Результаты исследования показывают, что из-за большого расстояния зондирования системы отношение сигнал-шум отраженного сигнала датчика составляет 17 дБ в лучшем случае, 10 дБ в худшем, а температурная чувствительность 11,3 пм/с. Система может реализовать многоволновое измерение, что дает возможность одновременно измерять информацию о температуре 11 точек. И это число можно увеличить. Как упоминалось в литературе, волоконный случайный лазер на основе 22 ВБР может работать на 22 различных длинах волн. Однако для решения требуется пара оптических волокон одинаковой длины, а потребность в ресурсах оптических волокон удваивается по сравнению с вышеупомянутым методом.

В 2016 году удаленныйОптический усилитель накачки, ROPA в оптоволоконной связи, используя смешанное усиление активного усиления в активном волокне иРаманусиление в одномодовом волокне, всесторонний теоретический анализ и экспериментальная проверка. Как показано на рисунке 17(a), показана дальняя радиочастотная линия на основе активного волокна в диапазоне 1,5 мкм. Кроме того, случайная лазерная система также хорошо работает при точечном зондировании на большом расстоянии. В качестве примера возьмем точечный датчик температуры. Пиковая длина волны случайного выходного конца лазера этой структуры имеет линейную зависимость от температуры, добавляемой к ВБР, а сенсорная система имеет функцию мультиплексирования с разделением по длине волны, как показано на рисунке 17 (b) и (c), как показано. В частности, по сравнению с предыдущей структурой эта схема имеет более низкий порог и более высокое отношение сигнал/шум.

Ожидается, что в будущих исследованиях, путем разработки различных методов накачки и зеркал, будет реализована система случайного лазерного точечного зондирования на сверхдальние расстояния с превосходными характеристиками.