Aplicação de laser aleatório de fibra em detecção distribuída

Em 2013, um novo conceito de DRA baseado em bomba DFB-RFL de ponta foi proposto e verificado por experimentos. Devido à estrutura de cavidade semiaberta exclusiva do DFB-RFL, seu mecanismo de feedback depende apenas do espalhamento de 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, portanto, o DFB-RFL de alta tecnologia pode formar uma fonte de bomba totalmente distribuída de baixo ruído muito estável. 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 ser visto por comparação que o bombeamento bidirecional de segunda ordem é o melhor, com um ganho de achatamento de 2,5 dB, seguido por bombeamento de laser aleatório de segunda ordem para trás (3,8 dB), enquanto o bombeamento de laser aleatório para frente é próximo ao 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, a figura de ruído efetivo da bomba DFB-RFL dianteira na janela de transmissão transparente neste experimento é 2,3 dB menor do que a bomba bidirecional de primeira ordem e 1,3 dB menor do que a bomba bidirecional de segunda ordem . Comparado com o DRA convencional, esta solução tem vantagens compreensivas óbvias em suprimir a transferência de ruído de intensidade relativa e realizar transmissão / detecção balanceada de alcance total, e o laser aleatório é insensível à temperatura e tem boa estabilidade. Portanto, DRA baseado em DFB-RFL de ponta pode ser. Ele fornece baixo ruído e amplificação distribuída equilibrada estável para transmissão / detecção de fibra ótica de longa distância e tem o potencial de realizar transmissão e detecção sem relé de longa distância .

O Distributed Fiber Sensing (DFS), como um ramo importante no campo da tecnologia de sensoriamento de fibra óptica, tem as seguintes vantagens notáveis: A fibra óptica em si é um sensor, integrando sensoriamento e transmissão; ele pode detectar continuamente a temperatura de cada ponto no caminho da fibra óptica. A distribuição espacial e alterar as informações de parâmetros físicos, como deformação, etc .; uma única fibra óptica pode obter até centenas de milhares de pontos de informações do sensor, que podem formar a rede de sensores de maior distância e maior capacidade no momento. A tecnologia DFS tem amplas perspectivas de aplicação na área de monitoramento de segurança das principais instalações relacionadas à economia nacional e ao sustento 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 ponta tem propriedades exclusivas, como ganho plano, baixo ruído e boa estabilidade, e pode desempenhar um papel importante em aplicações DFS. Primeiro, ele é aplicado ao BOTDA para medir a temperatura ou deformação aplicada à fibra óptica. O dispositivo experimental é mostrado na Figura 14 (a), onde um método de bombeamento híbrido de um laser aleatório de segunda ordem e um LD de baixo ruído de primeira ordem é usado. Os resultados experimentais mostram que o sistema BOTDA com comprimento de 154,4 km tem uma resolução espacial de 5 me uma precisão de temperatura de ± 1,4 °, conforme mostrado nas Figuras 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 / perturbação, alcançando um recorde de distância de detecção de 175 km 25 m resolução espacial. Em 2019, por meio da mistura de RFLA de segunda ordem direta e amplificação de laser aleatória de fibra de terceira ordem anterior, FU Y et al. estendeu a faixa de detecção de BOTDA sem repetidor para 175 km. Tanto quanto sabemos, este sistema foi relatado até agora. A maior distância e o maior fator de qualidade (Figura de Mérito, FoM) de 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 distribuído. A realização deste sistema confirma que a amplificação aleatória do laser de fibra de alta ordem pode fornecer distribuição de ganho alta e plana e tem um nível de ruído tolerável.