Застосування волоконного випадкового лазера в розподіленому зондуванні

У 2013 році була запропонована та перевірена експериментально нова концепція DRA на основі високоякісного насоса DFB-RFL. Завдяки унікальній напіввідкритій структурі порожнини DFB-RFL, його механізм зворотного зв’язку покладається лише на розсіювання Релея, випадково розподілене у волокні. Спектральна структура та вихідна потужність виробленого випадкового лазера високого порядку демонструють чудову нечутливість до температури, тому High-end DFB-RFL може створити дуже стабільне повністю розподілене джерело накачування з низьким рівнем шуму. Експеримент, показаний на малюнку 13(a), перевіряє концепцію розподіленого комбінаційного підсилення на основі DFB-RFL високого порядку, а малюнок 13(b) показує розподіл посилення в стані прозорої передачі за різних потужностей накачування. З порівняння можна побачити, що двонаправлене накачування другого порядку є найкращим із рівномірністю підсилення 2,5 дБ, за яким слідує зворотне випадкове лазерне накачування другого порядку (3,8 дБ), тоді як пряме випадкове лазерне накачування близьке до першого порядку. двонаправлене накачування, відповідно При 5,5 дБ і 4,9 дБ продуктивність зворотного накачування DFB-RFL є меншим середнім посиленням і коливаннями посилення. У той же час ефективний коефіцієнт шуму прямого насоса DFB-RFL у прозорому вікні передачі в цьому експерименті на 2,3 дБ нижче, ніж у двонаправленого насоса першого порядку, і на 1,3 дБ нижче, ніж у двонаправленого насоса другого порядку. . Порівняно зі звичайним DRA це рішення має очевидні комплексні переваги у придушенні передачі шуму відносної інтенсивності та реалізації повнодіапазонного збалансованого передачі/зондування, а випадковий лазер нечутливий до температури та має добру стабільність. Таким чином, DRA на основі високоякісної DFB-RFL може бути. Він забезпечує низький рівень шуму та стабільне розподілене збалансоване підсилення для передачі/зондування оптичним волокном на великі відстані та має потенціал для реалізації нерелейної передачі та зондування на наддалекі відстані. .

Розподілене оптичне волокно (DFS), як важлива галузь у галузі оптичних волоконно-чутливих технологій, має такі видатні переваги: ​​оптичне волокно саме по собі є датчиком, який об’єднує вимірювання та передачу; він може безперервно вимірювати температуру кожної точки на шляху оптичного волокна. Просторовий розподіл і змінювати інформацію про фізичні параметри, такі як деформація тощо; одне оптичне волокно може отримати до сотень тисяч точок сенсорної інформації, що може сформувати мережу датчиків із найбільшою відстанню та найбільшою ємністю на даний момент. Технологія DFS має широкі перспективи застосування в області моніторингу безпеки основних об'єктів народного господарства і життєдіяльності населення, таких як кабелі електропередач, нафто- і газопроводи, високошвидкісні залізниці, мости і тунелі. Однак для реалізації DFS із великою відстанню, високою просторовою роздільною здатністю та точністю вимірювань все ще існують такі проблеми, як великомасштабні області з низькою точністю, спричинені втратою волокна, спектральне розширення, спричинене нелінійністю, та системні помилки, спричинені нелокалізацією.
Технологія DRA, заснована на високоякісному DFB-RFL, має унікальні властивості, такі як рівне посилення, низький рівень шуму та хорошу стабільність, і може відігравати важливу роль у додатках DFS. Спочатку він застосовується до BOTDA для вимірювання температури або деформації оптичного волокна. Експериментальний пристрій показано на малюнку 14(a), де використовується гібридний метод накачування випадковим лазером другого порядку та малошумним ЛД першого порядку. Експериментальні результати показують, що система BOTDA довжиною 154,4 км має просторову роздільну здатність 5 м і температурну точність ±1,4 ℃, як показано на рисунках 14(b) і (c). Крім того, високоякісна технологія DFB-RFL DRA була застосована для збільшення відстані вимірювання фазочутливого оптичного рефлектометра у часовій області (Φ-OTDR) для виявлення вібрації/завад, досягнувши рекордної просторової відстані зондування 175 км 25 м. дозвіл. У 2019 році шляхом змішування прямого RFLA другого порядку та зворотного волоконного випадкового лазерного посилення третього порядку FU Y та ін. розширив дальність зондування безретрансляторного BOTDA до 175 км. Наскільки нам відомо, про цю систему наразі повідомлялося. Найбільша відстань і найвищий коефіцієнт якості (Figure of Merit, FoM) BOTDA без повторювача. Це перший випадок випадкового лазерного підсилення волокна третього порядку в розподіленій системі оптичного волокна. Реалізація цієї системи підтверджує, що волоконне випадкове лазерне підсилення високого порядку може забезпечити високий і плоский розподіл підсилення та має прийнятний рівень шуму.