Aplicação de Laser Aleatório de Fibra em Sensoriamento Distribuído

Em 2013, um novo conceito de DRA baseado na bomba DFB-RFL de alta tecnologia foi proposto e verificado por meio de experimentos. Devido à estrutura única de cavidade semiaberta do DFB-RFL, seu mecanismo de feedback depende apenas do espalhamento Rayleigh distribuído aleatoriamente na fibra. A estrutura espectral e a potência de saída do laser aleatório de alta ordem produzido exibem excelente insensibilidade à temperatura, de modo que o DFB-RFL de última geração pode formar uma fonte de bomba totalmente distribuída, muito estável e de baixo ruído. O experimento mostrado na Figura 13 (a) verifica o conceito de amplificação Raman distribuída com base no DFB-RFL de alta ordem, e a Figura 13 (b) mostra a distribuição de ganho no estado de transmissão transparente sob diferentes potências de bomba. Pode-se ver pela comparação que o bombeamento bidirecional de segunda ordem é o melhor, com um nivelamento de ganho de 2,5 dB, seguido pelo bombeamento de laser aleatório de segunda ordem para trás (3,8 dB), enquanto o bombeamento de laser aleatório para frente está próximo do bombeamento de laser de primeira ordem. bombeamento bidirecional, respectivamente Em 5,5 dB e 4,9 dB, o desempenho de bombeamento DFB-RFL reverso é menor ganho médio e flutuação de ganho. Ao mesmo tempo, o valor de ruído efetivo da bomba DFB-RFL direta na janela de transmissão transparente neste experimento é 2,3 dB menor que o da bomba bidirecional de primeira ordem e 1,3 dB menor que o da bomba bidirecional de segunda ordem . Em comparação com o DRA convencional, esta solução tem vantagens abrangentes óbvias na supressão da transferência de ruído de intensidade relativa e na realização de transmissão/detecção balanceada em toda a faixa, e o laser aleatório é insensível à temperatura e tem boa estabilidade. Portanto, o DRA baseado em DFB-RFL de última geração pode fornecer amplificação balanceada distribuída estável e de baixo ruído para transmissão/detecção de fibra óptica de longa distância e tem o potencial de realizar transmissão e detecção sem relé de distância ultralonga. .

O Sensor Distribuído de Fibra (DFS), como um ramo importante no campo da tecnologia de detecção de fibra óptica, tem as seguintes vantagens notáveis: A própria fibra óptica é um sensor, integrando detecção e transmissão; pode detectar continuamente a temperatura de cada ponto no caminho da fibra óptica. A distribuição espacial e alterar informações de parâmetros físicos, como deformação, etc.; uma única fibra óptica pode obter até centenas de milhares de pontos de informações de sensores, que podem formar a rede de sensores de maior distância e maior capacidade atualmente. A tecnologia DFS tem amplas perspectivas de aplicação no campo do monitoramento de segurança das principais instalações relacionadas à economia nacional e à subsistência das pessoas, como cabos de transmissão de energia, oleodutos e gasodutos, ferrovias de alta velocidade, pontes e túneis. No entanto, para realizar DFS com longa distância, alta resolução espacial e precisão de medição, ainda existem desafios, como regiões de baixa precisão em grande escala causadas por perda de fibra, alargamento espectral causado por não linearidade e erros de sistema causados ​​por não localização.
A tecnologia DRA baseada em DFB-RFL de última geração possui propriedades únicas, como ganho plano, baixo ruído e boa estabilidade, e pode desempenhar um papel importante em aplicações DFS. Primeiro, é aplicado ao BOTDA para medir a temperatura ou deformação aplicada à fibra óptica. O dispositivo experimental é mostrado na Figura 14 (a), onde é utilizado um método de bombeamento híbrido de um laser aleatório de segunda ordem e um LD de baixo ruído de primeira ordem. Os resultados experimentais mostram que o sistema BOTDA com comprimento de 154,4 km tem resolução espacial de 5 m e precisão de temperatura de ± 1,4 ℃, conforme mostrado na Figura 14 (b) e (c). Além disso, a tecnologia DFB-RFL DRA de ponta foi aplicada para aumentar a distância de detecção de um refletômetro óptico de domínio de tempo sensível à fase (Φ-OTDR) para detecção de vibração/distúrbio, alcançando uma distância de detecção recorde de 175 km 25 m espaciais resolução. Em 2019, por meio da mistura de RFLA direto de segunda ordem e amplificação aleatória de laser de fibra de terceira ordem reversa, FU Y et al. estendeu o alcance de detecção do BOTDA sem repetidor para 175 km. Pelo que sabemos, este sistema foi relatado até agora. A maior distância e o maior fator de qualidade (Figura de Mérito, FoM) do BOTDA sem repetidor. Esta é a primeira vez que a amplificação aleatória de laser de fibra de terceira ordem foi aplicada a um sistema de detecção de fibra óptica distribuída. A realização deste sistema confirma que a amplificação aleatória de laser de fibra de alta ordem pode fornecer distribuição de ganho alta e plana e tem um nível de ruído tolerável.