Aplicarea laserului cu fibre aleatorii în detecția distribuită

În 2013, a fost propus și verificat prin experimente un nou concept de DRA bazat pe pompa DFB-RFL de vârf. Datorită structurii unice de cavitate semi-deschisă a DFB-RFL, mecanismul său de feedback se bazează doar pe împrăștierea Rayleigh distribuită aleatoriu în fibră. Structura spectrală și puterea de ieșire a laserului aleator de ordin înalt produs prezintă o insensibilitate excelentă la temperatură, astfel încât DFB-RFL de înaltă calitate poate forma o sursă de pompă foarte stabilă, cu zgomot redus, complet distribuită. Experimentul prezentat în Figura 13(a) verifică conceptul de amplificare Raman distribuită pe baza DFB-RFL de ordin înalt, iar Figura 13(b) arată distribuția câștigului în starea de transmisie transparentă la diferite puteri ale pompei. Se poate observa din comparație că pomparea bidirecțională de ordinul doi este cea mai bună, cu o planeitate a câștigului de 2,5 dB, urmată de pomparea laser aleatorie de ordinul doi înapoi (3,8 dB), în timp ce pomparea laser aleatorie înainte este aproape de cea de ordinul întâi. pompare bidirecțională, respectiv La 5,5 dB și 4,9 dB, performanța de pompare DFB-RFL înapoi este câștigul mediu și fluctuația câștigului mai scăzute. În același timp, cifra efectivă de zgomot a pompei DFB-RFL înainte în fereastra de transmisie transparentă din acest experiment este cu 2,3 ​​dB mai mică decât cea a pompei bidirecționale de ordinul întâi și cu 1,3 dB mai mică decât cea a pompei bidirecționale de ordinul doi. . În comparație cu DRA convențional, această soluție are avantaje evidente cuprinzătoare în suprimarea transferului de zgomot de intensitate relativă și realizarea de transmisie/detecție echilibrată pe gamă completă, iar laserul aleatoriu este insensibil la temperatură și are o stabilitate bună. Prin urmare, DRA bazat pe DFB-RFL de ultimă generație poate fi. Oferă o amplificare echilibrată distribuită cu zgomot scăzut și stabil pentru transmisia/detecția pe fibră optică pe distanțe lungi și are potențialul de a realiza transmisie și detecție fără releu pe distanțe ultra lungi. .

Distributed Fibre Sensing (DFS), ca o ramură importantă în domeniul tehnologiei de detectare a fibrei optice, are următoarele avantaje remarcabile: Fibra optică în sine este un senzor, integrând detectarea și transmisia; poate detecta în mod continuu temperatura fiecărui punct de pe traseul fibrei optice Distribuția spațială și informațiile despre modificarea parametrilor fizici, cum ar fi deformarea, etc.; o singură fibră optică poate obține până la sute de mii de puncte de informații despre senzori, care pot forma cea mai lungă distanță și cea mai mare capacitate a rețelei de senzori în prezent. Tehnologia DFS are perspective largi de aplicare în domeniul monitorizării siguranței principalelor facilități legate de economia națională și de traiul oamenilor, cum ar fi cablurile de transport a energiei, conductele de petrol și gaze, căile ferate de mare viteză, podurile și tunelurile. Cu toate acestea, pentru a realiza DFS cu distanțe lungi, rezoluție spațială mare și precizie de măsurare, există încă provocări, cum ar fi regiunile la scară mare de precizie scăzută cauzate de pierderea fibrei, lărgirea spectrală cauzată de neliniaritate și erori de sistem cauzate de nelocalizare.
Tehnologia DRA bazată pe DFB-RFL de ultimă generație are proprietăți unice, cum ar fi câștig plat, zgomot scăzut și stabilitate bună și poate juca un rol important în aplicațiile DFS. În primul rând, se aplică la BOTDA pentru a măsura temperatura sau tensiunea aplicată fibrei optice. Dispozitivul experimental este prezentat în Figura 14(a), unde este utilizată o metodă hibridă de pompare a unui laser aleator de ordinul doi și a unui LD cu zgomot redus de ordinul întâi. Rezultatele experimentale arată că sistemul BOTDA cu o lungime de 154,4 km are o rezoluție spațială de 5 m și o precizie a temperaturii de ±1,4 ℃, așa cum se arată în Figura 14 (b) și (c). În plus, tehnologia high-end DFB-RFL DRA a fost aplicată pentru a mări distanța de detectare a unui reflectometru optic în domeniul timpului sensibil la fază (Φ-OTDR) pentru detectarea vibrațiilor/perturbații, realizând o distanță de detectare record de 175 km 25 m spațial. rezoluţie. În 2019, prin amestecarea RFLA de ordinul doi înainte și amplificarea laser aleatorie cu fibre de ordinul trei înapoi, FU Y și colab. a extins raza de detectare a BOTDA fără repetitor la 175 km. Din câte știm, acest sistem a fost raportat până acum. Cea mai lungă distanță și cel mai înalt factor de calitate (Figura de merit, FoM) al BOTDA fără repetitor. Este pentru prima dată când amplificarea laser aleatorie cu fibră de ordinul trei este aplicată unui sistem de detectare a fibrei optice distribuite. Realizarea acestui sistem confirmă faptul că amplificarea laser aleatorie cu fibre de ordin înalt poate oferi o distribuție mare și plată a câștigului și are un nivel de zgomot tolerabil.