Застосування волоконного випадкового лазера в розподіленому зондуванні

У 2013 році була запропонована та підтверджена експериментами нова концепція DRA на основі високоякісного насоса DFB-RFL. Завдяки унікальній структурі напіввідкритої порожнини DFB-RFL, його механізм зворотного зв’язку спирається лише на релеївське розсіювання, випадково розподілене у волокні. Спектральна структура та вихідна потужність створеного випадкового лазера високого порядку демонструють чудову температурну нечутливість, тому високоякісний DFB-RFL може сформувати дуже стабільне малошумне повністю розподілене джерело накачування. Експеримент, показаний на малюнку 13(a), перевіряє концепцію розподіленого комбінаційного підсилення на основі DFB-RFL високого порядку, а на малюнку 13(b) показано розподіл посилення в прозорому стані передачі при різних потужностях накачування. З порівняння можна побачити, що двонаправлена ​​накачування другого порядку є найкращою з рівномірністю підсилення 2,5 дБ, за якою слідує зворотна випадкова лазерна накачування другого порядку (3,8 дБ), тоді як пряма випадкова лазерна накачування близька до першого порядку. двонаправлена ​​накачування, відповідно При 5,5 дБ і 4,9 дБ, продуктивність зворотної накачування DFB-RFL нижча середнє підсилення і коливання посилення. У той же час ефективний показник шуму прямого насоса DFB-RFL у прозорому вікні передачі в цьому експерименті на 2,3 дБ нижчий, ніж у двонаправленого насоса першого порядку та на 1,3 дБ нижчий, ніж у двонаправленого насоса другого порядку. . У порівнянні зі звичайним DRA це рішення має очевидні комплексні переваги в придушенні передачі шуму відносної інтенсивності та реалізації повнодіапазонного збалансованого передачі/відчуття, а випадковий лазер нечутливий до температури та має хорошу стабільність. Таким чином, DRA на основі високоякісного DFB-RFL може бути. Він забезпечує низький рівень шуму та стабільне розподілене збалансоване посилення для передачі/зондування по оптичному волокну на великі відстані та має потенціал для реалізації нерелейної передачі та зондування на наддалекі відстані. .

Розподілене волоконне зондування (DFS), як важлива галузь у сфері технології оптико-волоконного зондування, має такі видатні переваги: ​​Оптичне волокно саме по собі є датчиком, що об'єднує датчики та передачу; він може безперервно визначати температуру кожної точки на шляху оптичного волокна. Просторовий розподіл та інформацію про зміну фізичних параметрів, таких як деформація тощо; одне оптичне волокно може отримати до сотень тисяч точок сенсорної інформації, що може сформувати найбільшу відстань і найбільшу потужність сенсорної мережі на даний момент. Технологія DFS має широкі перспективи застосування у сфері моніторингу безпеки основних об'єктів, пов'язаних з національним господарством і життєдіяльністю людей, таких як кабелі електропередачі, нафто- та газопроводи, швидкісні залізниці, мости та тунелі. Однак, щоб реалізувати DFS з великою відстанню, високою просторовою роздільною здатністю та точністю вимірювань, все ще існують проблеми, такі як великомасштабні низькоточні області, викликані втратами волокна, розширення спектру, викликане нелінійністю, і системні помилки, викликані нелокалізацією.
Технологія DRA на основі високоякісного DFB-RFL має унікальні властивості, такі як рівне посилення, низький рівень шуму та хорошу стабільність, і може відігравати важливу роль у програмах DFS. По-перше, він застосовується до BOTDA для вимірювання температури або деформації, прикладеної до оптичного волокна. Експериментальний пристрій показано на малюнку 14(а), де використовується гібридний метод накачування випадкового лазера другого порядку та малошумної LD першого порядку. Результати експерименту показують, що система BOTDA довжиною 154,4 км має просторову роздільну здатність 5 м і точність температури ±1,4°ƒ, як показано на рисунку 14(b) і (c). Крім того, високоякісна технологія DFB-RFL DRA була застосована для збільшення відстані сприйняття фазочутливого оптичного рефлектометра в часовій області (Φ-OTDR) для виявлення вібрації/збурень, досягнувши рекордної відстані сприйняття 175 км 25 м. просторове дозвіл. У 2019 році FU Y et al. розширив діапазон сприйняття BOTDA без повторювача до 175 км. Наскільки нам відомо, про цю систему повідомлялося досі. Найбільша відстань і найвищий коефіцієнт якості (показник, FoM) BOTDA без повторювача. Це перший раз, коли волоконне випадкове лазерне підсилення третього порядку було застосовано до розподіленої волоконно-оптичної сенсорної системи. Реалізація цієї системи підтверджує, що волоконне випадкове лазерне посилення високого порядку може забезпечити високий і рівний розподіл посилення і має допустимий рівень шуму.