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光纤随机激光器在分布式传感中的应用

时间:2025-04-14 浏览:2
与离散光纤放大技术相比,分布式拉曼放大(DRA)技术在噪声系数、非线性损伤、增益带宽等方面显示出明显的优势,并在光纤通信和传感领域取得了优势。广泛使用。高阶DRA可以使增益深入链路,实现准无损光传输(即光信噪比和非线性损伤的最佳平衡),显著提高光纤传输/传感的整体平衡。与传统的高端DRA相比,基于超长光纤激光器的DRA简化了系统结构,具有增益箝位生产的优势,显示出强大的应用潜力。然而,这种放大方法仍然面临着限制其应用于长距离光纤传输/传感的瓶颈,例如泵浦检测相对强度噪声传递和光信噪比需要提高。
2013年,提出了一种基于高端DFB-RFL泵的DRA新概念,并通过实验进行了验证。由于DFB-RFL独特的半开放腔结构,其反馈机制仅依赖于光纤中随机分布的瑞利散射。所产生的高阶随机激光器的光谱结构和输出功率表现出优异的温度不敏感性,因此高端DFB-RFL可以形成非常稳定的低噪声全分布泵浦源。图13(a)所示的实验验证了基于高阶DFB-RFL的分布式拉曼放大的概念,图13(b)显示了不同泵浦功率下透明传输状态下的增益分布。通过比较可以看出,双向二阶泵浦最好,增益平坦度为2.5 dB,其次是反向二阶随机激光泵浦(3.8 dB),而正向随机激光泵浦接近一阶双向泵浦,分别为5.5 dB和4.9 dB,反向DFB-RFL泵浦性能的平均增益和增益波动较低。同时,在本实验中,正向DFB-RFL泵浦在透明传输窗口中的有效噪声系数比双向一阶泵浦低2.3 dB,比双向二阶泵浦低1.3 dB。与常规DRA相比,该方案在抑制相对强度噪声传递和实现全范围平衡传输/传感方面具有明显的综合优势,随机激光器对温度不敏感,稳定性好。因此,基于高端DFB-RFL的DRA可以为长距离光纤传输/传感提供低噪声和稳定的分布式平衡放大,并有可能实现超长距离非中继传输和传感。

分布式光纤传感(DFS)作为光纤传感技术领域的一个重要分支,具有以下突出优点:光纤本身就是一种传感器,集传感和传输于一体;它可以连续感测光纤路径上每个点的温度、应变等物理参数的空间分布和变化信息。;单根光纤可以获得多达数十万个传感器信息点,可以形成目前距离最远、容量最大的传感器网络。DFS技术在输电电缆、油气管道、高速铁路、桥梁和隧道等关系国民经济和民生的重大设施的安全监测领域具有广阔的应用前景。然而,为了实现具有长距离、高空间分辨率和测量精度的DFS,仍然存在光纤损耗引起的大规模低精度区域、非线性引起的光谱展宽和非定位引起的系统误差等挑战。
基于高端DFB-RFL的DRA技术具有增益平坦、噪声低、稳定性好等独特性能,在DFS应用中可以发挥重要作用。首先,它应用于BOTDA来测量施加在光纤上的温度或应变。实验装置如图14(a)所示,其中使用了二阶随机激光器和一阶低噪声LD的混合泵浦方法。实验结果表明,长度为154.4km的BOTDA系统具有5m的空间分辨率和±1.4℃的温度精度,如图14(b)和(c)所示。此外,高端DFB-RFL DRA技术被应用于增加用于振动/干扰检测的相敏光时域反射计(Φ-OTDR)的感测距离,实现了175km25m空间分辨率的记录感测距离。2019年,FU Y等人通过前向二阶RFLA和后向三阶光纤随机激光放大的混合,将无中继器BOTDA的传感范围扩展到175公里。据我们所知,该系统迄今为止已有报道。无中继器的BOTDA的最长距离和最高品质因数(品质因数,FoM)。这是首次将三阶光纤随机激光放大应用于分布式光纤传感系统。该系统的实现证实了高阶光纤随机激光放大可以提供高而平坦的增益分布,并且具有可容忍的噪声水平。


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