Tillämpning av fiberslumpvis laser i distribuerad avkänning

Under 2013 föreslogs ett nytt koncept av DRA baserat på avancerad DFB-RFL-pump och verifierades genom experiment. På grund av den unika semi-öppna kavitetsstrukturen hos DFB-RFL, förlitar sig dess återkopplingsmekanism endast på Rayleigh-spridningen slumpmässigt fördelad i fibern. Den spektrala strukturen och uteffekten hos den framställda slumpmässiga lasern av hög ordning uppvisar utmärkt temperaturokänslighet, så High-end DFB-RFL kan bilda en mycket stabil och fullständigt fördelad pumpkälla med låg brus. Experimentet som visas i figur 13(a) verifierar konceptet med distribuerad Raman-förstärkning baserat på högordningens DFB-RFL, och figur 13(b) visar förstärkningsfördelningen i det transparenta överföringstillståndet under olika pumpeffekter. Det kan ses från jämförelse att dubbelriktad andra ordningens pumpning är bäst, med en förstärkningsplanhet på 2,5 dB, följt av bakåt andra ordningens slumpmässig laserpumpning (3,8 dB), medan framåtriktad slumpmässig laserpumpning är nära första ordningens dubbelriktad pumpning, respektive Vid 5,5 dB respektive 4,9 dB är den bakåtriktade DFB-RFL-pumpningsprestandan lägre genomsnittlig förstärkning och förstärkningsfluktuation. Samtidigt är den effektiva brussiffran för den framåtriktade DFB-RFL-pumpen i det transparenta transmissionsfönstret i detta experiment 2,3 dB lägre än den för den dubbelriktade första ordningens pumpen och 1,3 dB lägre än den för den dubbelriktade andra ordningens pumpen . Jämfört med den konventionella DRA, har denna lösning uppenbara omfattande fördelar när det gäller att undertrycka relativ intensitetsbrusöverföring och förverkliga full-range balanserad överföring/avkänning, och den slumpmässiga lasern är okänslig för temperatur och har god stabilitet. Därför kan DRA baserad på avancerad DFB-RFL vara. Det ger lågbrus och stabil fördelad balanserad förstärkning för långdistanstransmission/avkänning av optisk fiber, och har potential att realisera icke-reläöverföring och avkänning på ultralång distans. .

Distributed Fiber Sensing (DFS), som en viktig gren inom området för optisk fiberavkänningsteknik, har följande enastående fördelar: Den optiska fibern i sig är en sensor som integrerar avkänning och transmission; den kan kontinuerligt känna av temperaturen för varje punkt på den optiska fibervägen. Den rumsliga fördelningen och förändringsinformationen för fysiska parametrar såsom töjning, etc.; en enda optisk fiber kan erhålla upp till hundratusentals punkter med sensorinformation, vilket kan utgöra det längsta avståndet och största kapacitetssensornätverket för närvarande. DFS-tekniken har breda tillämpningsmöjligheter inom området säkerhetsövervakning av stora anläggningar relaterade till den nationella ekonomin och människors försörjning, såsom kraftöverföringskablar, olje- och gasledningar, höghastighetsjärnvägar, broar och tunnlar. Men för att realisera DFS med långa avstånd, hög rumslig upplösning och mätnoggrannhet, finns det fortfarande utmaningar som storskaliga lågprecisionsregioner orsakade av fiberförlust, spektral breddning orsakad av olinjäritet och systemfel orsakade av icke-lokalisering.
DRA-teknik baserad på avancerad DFB-RFL har unika egenskaper som flat gain, lågt brus och bra stabilitet, och kan spela en viktig roll i DFS-applikationer. Först appliceras den på BOTDA för att mäta temperaturen eller töjningen som appliceras på den optiska fibern. Den experimentella enheten visas i figur 14(a), där en hybridpumpningsmetod av en andra ordningens slumpmässig laser och en första ordningens lågbrus LD används. De experimentella resultaten visar att BOTDA-systemet med en längd på 154,4 km har en rumslig upplösning på 5 m och en temperaturnoggrannhet på ±1,4 ℃, som visas i figur 14(b) och (c). Dessutom användes den avancerade DFB-RFL DRA-tekniken för att öka avkänningsavståndet för en faskänslig optisk tidsdomänreflektometer (Φ-OTDR) för vibrations-/störningsdetektering, vilket uppnår ett rekordavstånd av avkänning på 175 km 25 m optisk upplösning. Under 2019, genom blandningen av framåt andra ordningens RFLA och bakåt tredje ordningens fiber slumpmässig laserförstärkning, FU Y et al. utökade avkänningsräckvidden för repeaterlösa BOTDA till 175 km. Så vitt vi vet har detta system rapporterats hittills. Det längsta avståndet och högsta kvalitetsfaktorn (Figure of Merit, FoM) för BOTDA utan repeater. Detta är första gången som tredje ordningens fiberslumpmässiga laserförstärkning har tillämpats på ett distribuerat optiskt fiberavkänningssystem. Förverkligandet av detta system bekräftar att slumpmässig laserförstärkning av hög ordningsfiber kan ge hög och platt förstärkningsfördelning och har en tolererbar brusnivå.