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Aplicación de láser de fibra aleatoria en detección distribuida

2021-11-29
En comparación con la tecnología de amplificación de fibra óptica discreta,Amplificación Raman distribuidaLa tecnología (DRA) ha mostrado ventajas obvias en muchos aspectos, como la figura de ruido, el daño no lineal, la ganancia de ancho de banda, etc., y ha ganado ventajas en el campo de la comunicación y la detección de fibra óptica. ampliamente utilizado. El DRA de alto orden puede aumentar la ganancia en el enlace para lograr una transmisión óptica casi sin pérdidas (es decir, el mejor equilibrio entre la relación señal / ruido óptica y el daño no lineal) y mejorar significativamente el equilibrio general de la transmisión de fibra óptica / sintiendo. En comparación con el DRA convencional de alta gama, el DRA basado en láser de fibra ultralarga simplifica la estructura del sistema y tiene la ventaja de producir pinzas de ganancia, mostrando un gran potencial de aplicación. Sin embargo, este método de amplificación todavía se enfrenta a cuellos de botella que restringen su aplicación a la transmisión / detección de fibra óptica a larga distancia, como la transferencia de ruido de intensidad relativa de detección de bomba y la relación señal / ruido óptica debe mejorarse.

En 2013, se propuso y verificó mediante experimentos un nuevo concepto de DRA basado en la bomba DFB-RFL de alta gama. Debido a la estructura única de cavidad semiabierta de DFB-RFL, su mecanismo de retroalimentación solo se basa en la dispersión de Rayleigh distribuida aleatoriamente en la fibra. La estructura espectral y la potencia de salida del láser aleatorio de alto orden producido exhiben una excelente insensibilidad a la temperatura, por lo que el DFB-RFL de gama alta puede formar una fuente de bomba totalmente distribuida, muy estable y de bajo ruido. El experimento que se muestra en la Figura 13 (a) verifica el concepto de amplificación Raman distribuida basado en el DFB-RFL de alto orden, y la Figura 13 (b) muestra la distribución de ganancia en el estado de transmisión transparente bajo diferentes potencias de bomba. Se puede ver a partir de la comparación que el bombeo bidireccional de segundo orden es el mejor, con una uniformidad de ganancia de 2,5 dB, seguido por un bombeo láser aleatorio de segundo orden hacia atrás (3,8 dB), mientras que el bombeo láser aleatorio hacia adelante está cerca del primer orden. Bombeo bidireccional, respectivamente A 5,5 dB y 4,9 dB, el rendimiento de bombeo DFB-RFL hacia atrás es una ganancia media más baja y una fluctuación de ganancia más baja. Al mismo tiempo, el factor de ruido efectivo de la bomba delantera DFB-RFL en la ventana de transmisión transparente de este experimento es 2,3 dB menor que el de la bomba bidireccional de primer orden y 1,3 dB menor que el de la bomba bidireccional de segundo orden. . En comparación con el DRA convencional, esta solución tiene obvias ventajas integrales al suprimir la transferencia de ruido de intensidad relativa y realizar una transmisión / detección equilibrada de rango completo, y el láser aleatorio es insensible a la temperatura y tiene una buena estabilidad. Por lo tanto, el DRA basado en DFB-RFL de gama alta puede proporcionar amplificación equilibrada distribuida estable y de bajo ruido para transmisión / detección de fibra óptica a larga distancia, y tiene el potencial de realizar transmisión y detección sin relé de distancia ultralarga. .


La detección de fibra distribuida (DFS), como una rama importante en el campo de la tecnología de detección de fibra óptica, tiene las siguientes ventajas destacadas: La fibra óptica en sí es un sensor que integra la detección y la transmisión; puede detectar continuamente la temperatura de cada punto en la ruta de la fibra óptica. La distribución espacial y la información de cambio de parámetros físicos como, tensión, etc .; una sola fibra óptica puede obtener hasta cientos de miles de puntos de información del sensor, que pueden formar la red de sensores de mayor distancia y capacidad en la actualidad. La tecnología DFS tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo del monitoreo de seguridad de las principales instalaciones relacionadas con la economía nacional y los medios de vida de las personas, como cables de transmisión de energía, oleoductos y gasoductos, ferrocarriles de alta velocidad, puentes y túneles. Sin embargo, para realizar DFS con larga distancia, alta resolución espacial y precisión de medición, todavía existen desafíos como regiones de baja precisión a gran escala causadas por pérdida de fibra, ensanchamiento espectral causado por no linealidad y errores del sistema causados ​​por no localización.
La tecnología DRA basada en DFB-RFL de gama alta tiene propiedades únicas como ganancia plana, bajo ruido y buena estabilidad, y puede desempeñar un papel importante en las aplicaciones DFS. Primero, se aplica a BOTDA para medir la temperatura o tensión aplicada a la fibra óptica. El dispositivo experimental se muestra en la Figura 14 (a), donde se usa un método de bombeo híbrido de un láser aleatorio de segundo orden y un LD de bajo ruido de primer orden. Los resultados experimentales muestran que el sistema BOTDA con una longitud de 154,4 km tiene una resolución espacial de 5 my una precisión de temperatura de ± 1,4 â „ƒ, como se muestra en la Figura 14 (b) y (c). Además, se aplicó la tecnología DFB-RFL DRA de alta gama para aumentar la distancia de detección de un reflectómetro óptico de dominio de tiempo sensible a la fase (Φ-OTDR) para la detección de vibraciones / perturbaciones, logrando una distancia de detección récord de 175 km 25 m resolucion espacial. En 2019, a través de la mezcla de RFLA de segundo orden directo y amplificación láser aleatoria de fibra de tercer orden hacia atrás, FU Y et al. extendió el rango de detección de BOTDA sin repetidor a 175 km. Hasta donde sabemos, este sistema se ha informado hasta ahora. La distancia más larga y el factor de calidad más alto (Figure of Merit, FoM) de BOTDA sin repetidor. Esta es la primera vez que se aplica la amplificación de láser aleatoria de fibra de tercer orden a un sistema de detección de fibra óptica distribuida. La realización de este sistema confirma que la amplificación láser aleatoria de fibra de alto orden puede proporcionar una distribución de ganancia alta y plana, y tiene un nivel de ruido tolerable.