Toepassing van Fiber Random Laser bij gedistribueerde detectie

In 2013 werd een nieuw concept van DRA, gebaseerd op de hoogwaardige DFB-RFL-pomp, voorgesteld en door experimenten geverifieerd. Vanwege de unieke halfopen holtestructuur van DFB-RFL is het feedbackmechanisme alleen afhankelijk van de Rayleigh-verstrooiing die willekeurig in de vezel is verdeeld. De spectrale structuur en het uitgangsvermogen van de geproduceerde willekeurige laser van hoge orde vertonen een uitstekende temperatuurongevoeligheid, zodat High-end DFB-RFL een zeer stabiele, volledig gedistribueerde pompbron met laag geluidsniveau kan vormen. Het experiment getoond in figuur 13(a) verifieert het concept van gedistribueerde Raman-versterking op basis van de DFB-RFL van hoge orde, en figuur 13(b) toont de versterkingsverdeling in de transparante transmissietoestand onder verschillende pompvermogens. Uit vergelijking blijkt dat bidirectioneel pompen van de tweede orde het beste is, met een versterkingsvlakheid van 2,5 dB, gevolgd door achterwaarts willekeurig laserpompen van de tweede orde (3,8 dB), terwijl voorwaarts willekeurig laserpompen dicht bij de eerste orde ligt. bidirectioneel pompen, respectievelijk Bij 5,5 dB en 4,9 dB is de achterwaartse DFB-RFL-pompprestatie een lagere gemiddelde versterking en versterkingsfluctuatie. Tegelijkertijd is het effectieve geluidsgetal van de voorwaartse DFB-RFL-pomp in het transparante transmissievenster in dit experiment 2,3 dB lager dan dat van de bidirectionele eerste-orde pomp en 1,3 dB lager dan dat van de bidirectionele tweede-orde pomp . Vergeleken met de conventionele DRA heeft deze oplossing duidelijke uitgebreide voordelen bij het onderdrukken van ruisoverdracht met relatieve intensiteit en het realiseren van gebalanceerde transmissie/detectie over het volledige bereik, en de willekeurige laser is ongevoelig voor temperatuur en heeft een goede stabiliteit. Daarom kan DRA, gebaseerd op high-end DFB-RFL, een geluidsarme en stabiele, gedistribueerde, gebalanceerde versterking bieden voor transmissie/detectie van optische vezels over lange afstanden, en heeft het potentieel om transmissie en detectie zonder relais over lange afstanden te realiseren. .

Distributed Fiber Sensing (DFS), als een belangrijke tak op het gebied van optische vezeldetectietechnologie, heeft de volgende opmerkelijke voordelen: De optische vezel zelf is een sensor, die detectie en transmissie integreert; het kan continu de temperatuur van elk punt op het optische vezelpad meten. De ruimtelijke verdeling en veranderingsinformatie van fysieke parameters zoals spanning, enz.; een enkele optische vezel kan tot honderdduizenden sensorinformatie verzamelen, wat momenteel het langste afstandssensornetwerk met de grootste capaciteit kan vormen. DFS-technologie heeft brede toepassingsmogelijkheden op het gebied van veiligheidsmonitoring van belangrijke faciliteiten die verband houden met de nationale economie en het levensonderhoud van mensen, zoals elektriciteitskabels, olie- en gaspijpleidingen, hogesnelheidsspoorwegen, bruggen en tunnels. Om DFS met lange afstanden, hoge ruimtelijke resolutie en meetnauwkeurigheid te realiseren, zijn er echter nog steeds uitdagingen zoals grootschalige regio's met lage precisie veroorzaakt door vezelverlies, spectrale verbreding veroorzaakt door niet-lineariteit en systeemfouten veroorzaakt door niet-lokalisatie.
DRA-technologie gebaseerd op high-end DFB-RFL heeft unieke eigenschappen zoals vlakke versterking, weinig ruis en goede stabiliteit, en kan een belangrijke rol spelen in DFS-toepassingen. Eerst wordt het toegepast op BOTDA om de temperatuur of spanning te meten die op de optische vezel wordt uitgeoefend. Het experimentele apparaat wordt getoond in figuur 14(a), waarbij een hybride pompmethode van een willekeurige laser van de tweede orde en een LD met lage ruis van de eerste orde wordt gebruikt. De experimentele resultaten laten zien dat het BOTDA-systeem met een lengte van 154,4 km een ​​ruimtelijke resolutie van 5 m en een temperatuurnauwkeurigheid van ±1,4 ℃ heeft, zoals weergegeven in figuur 14(b) en (c). Bovendien werd de hoogwaardige DFB-RFL DRA-technologie toegepast om de detectieafstand van een fasegevoelige optische tijdsdomeinreflectometer (Φ-OTDR) voor trillings-/verstoringsdetectie te vergroten, waardoor een recorddetectieafstand van 175 km (25 m ruimtelijk) werd bereikt. oplossing. In 2019, door het mengen van voorwaartse tweede-orde RFLA en achterwaartse derde-orde vezel willekeurige laserversterking, FU Y et al. breidde het detectiebereik van repeaterloze BOTDA uit tot 175 km. Voor zover wij weten is dit systeem tot nu toe gerapporteerd. De langste afstand en hoogste kwaliteitsfactor (Figure of Merit, FoM) van BOTDA zonder repeater. Dit is de eerste keer dat willekeurige vezellaserversterking van de derde orde wordt toegepast op een gedistribueerd detectiesysteem voor optische vezels. De realisatie van dit systeem bevestigt dat willekeurige vezellaserversterking van hoge orde een hoge en vlakke versterkingsverdeling kan bieden en een aanvaardbaar geluidsniveau heeft.