Toepassing van Fiber Random Laser in Distributed Sensing

In 2013 werd een nieuw concept van DRA op basis van een hoogwaardige DFB-RFL-pomp voorgesteld en door experimenten geverifieerd. Vanwege de unieke semi-open holtestructuur van DFB-RFL, vertrouwt het feedbackmechanisme alleen op 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, dus High-end DFB-RFL kan een zeer stabiele, geluidsarme, volledig gedistribueerde pompbron vormen. Het in figuur 13(a) getoonde experiment 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 kan worden afgeleid dat bidirectioneel pompen van de tweede orde het beste is, met een vlakheid van de versterking 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 ruisgetal 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 op basis van high-end DFB-RFL zijn. Het biedt ruisarme en stabiele gedistribueerde gebalanceerde versterking voor lange afstand optische vezeltransmissie / -detectie, en heeft het potentieel om ultra-lange afstand non-relay transmissie en detectie te realiseren .

Distributed Fiber Sensing (DFS), als een belangrijke tak op het gebied van optische vezeldetectietechnologie, heeft de volgende uitstekende 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 waarnemen. De ruimtelijke distributie en veranderingsinformatie van fysieke parameters zoals spanning, enz.; een enkele optische vezel kan tot honderdduizenden punten sensorinformatie verkrijgen, die momenteel het sensornetwerk met de langste afstand en de grootste capaciteit kunnen vormen. DFS-technologie heeft brede toepassingsmogelijkheden op het gebied van veiligheidsbewaking van belangrijke faciliteiten die verband houden met de nationale economie en het levensonderhoud van mensen, zoals stroomtransmissiekabels, olie- en gaspijpleidingen, hogesnelheidstreinen, bruggen en tunnels. Om DFS met lange afstand, hoge ruimtelijke resolutie en meetnauwkeurigheid te realiseren, zijn er echter nog steeds uitdagingen zoals grootschalige lage-precisiegebieden veroorzaakt door vezelverlies, spectrale verbreding veroorzaakt door niet-lineariteit en systeemfouten veroorzaakt door niet-lokalisatie.
DRA-technologie op basis van 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), waar een hybride pompmethode van een tweede-orde willekeurige laser en een eerste-orde geluidsarme LD wordt gebruikt. De experimentele resultaten laten zien dat het BOTDA-systeem met een lengte van 154,4 km een ​​ruimtelijke resolutie heeft van 5 m en een temperatuurnauwkeurigheid van ± 1,4 ℃, zoals weergegeven in figuur 14(b) en (c). Bovendien werd de hoogwaardige DFB-RFL DRA-technologie toegepast om de detectieafstand van een fasegevoelige optische tijddomeinreflectometer (Φ-OTDR) voor detectie van trillingen/storingen te vergroten, waardoor een recorddetectieafstand van 175 km 25 m werd bereikt ruimtelijke resolutie. In 2019, door het mengen van voorwaartse tweede-orde RFLA en achterwaartse derde-orde fiber 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 gemeld. De langste afstand en hoogste kwaliteitsfactor (Figuur van Verdienste, FoM) van BOTDA zonder repeater. Dit is de eerste keer dat willekeurige laserversterking van de derde orde is toegepast op een gedistribueerd optische vezeldetectiesysteem. De realisatie van dit systeem bevestigt dat willekeurige laserversterking van hoge orde kan zorgen voor een hoge en vlakke versterkingsverdeling en een aanvaardbaar ruisniveau heeft.