Zastosowanie losowego lasera światłowodowego w wykrywaniu rozproszonym

W 2013 roku zaproponowano i zweryfikowano eksperymentalnie nową koncepcję DRA opartą na wysokiej klasy pompie DFB-RFL. Ze względu na unikalną półotwartą strukturę wnęki DFB-RFL, jego mechanizm sprzężenia zwrotnego opiera się jedynie na rozproszeniu Rayleigha losowo rozłożonym we włóknie. Struktura widmowa i moc wyjściowa wytworzonego losowego lasera wysokiego rzędu wykazują doskonałą niewrażliwość na temperaturę, dzięki czemu wysokiej klasy DFB-RFL może tworzyć bardzo stabilne, w pełni rozproszone źródło pompy o niskim poziomie hałasu. Eksperyment pokazany na rysunku 13(a) weryfikuje koncepcję rozproszonego wzmocnienia Ramana w oparciu o DFB-RFL wyższego rzędu, a rysunek 13(b) pokazuje rozkład wzmocnienia w stanie transparentnej transmisji przy różnych mocach pomp. Z porównania widać, że dwukierunkowe pompowanie drugiego rzędu jest najlepsze, z płaskością wzmocnienia 2,5 dB, a następnie losowe pompowanie laserowe drugiego rzędu do tyłu (3,8 dB), podczas gdy losowe pompowanie laserowe do przodu jest bliskie pierwszego rzędu pompowanie dwukierunkowe, odpowiednio Przy 5,5 dB i 4,9 dB, wydajność pompowania wstecznego DFB-RFL to mniejsze średnie wzmocnienie i jego fluktuacja. Jednocześnie efektywny współczynnik szumów pompy DFB-RFL do przodu w przezroczystym oknie transmisyjnym w tym eksperymencie jest o 2,3 dB niższy niż w przypadku dwukierunkowej pompy pierwszego rzędu i o 1,3 dB niższy niż w przypadku dwukierunkowej pompy drugiego rzędu . W porównaniu z konwencjonalnym DRA, rozwiązanie to ma oczywiste wszechstronne zalety w zakresie tłumienia transferu szumów o względnej intensywności i realizacji pełnozakresowej zrównoważonej transmisji/wykrywania, a losowy laser jest niewrażliwy na temperaturę i ma dobrą stabilność. Dlatego DRA oparty na wysokiej klasy DFB-RFL może zapewniać niski poziom hałasu i stabilne, rozproszone, zrównoważone wzmocnienie dla transmisji / wykrywania światłowodu na duże odległości i ma potencjał do realizacji transmisji i wykrywania na bardzo duże odległości .

Distributed Fibre Sensing (DFS), jako ważna gałąź w dziedzinie technologii wykrywania światłowodów, ma następujące wybitne zalety: Samo włókno światłowodowe jest czujnikiem, integrującym wykrywanie i transmisję; może w sposób ciągły wykrywać temperaturę każdego punktu na ścieżce światłowodu Rozkład przestrzenny i zmieniać informacje o parametrach fizycznych, takich jak naprężenie itp.; jedno włókno światłowodowe może uzyskać do setek tysięcy punktów informacji z czujników, które mogą obecnie tworzyć sieć czujników o największej odległości i największej przepustowości. Technologia DFS ma szerokie perspektywy aplikacyjne w zakresie monitorowania bezpieczeństwa najważniejszych obiektów związanych z gospodarką narodową i bytami ludzi, takich jak kable energetyczne, ropociągi i gazociągi, koleje dużych prędkości, mosty i tunele. Jednak, aby zrealizować DFS z dużą odległością, wysoką rozdzielczością przestrzenną i dokładnością pomiaru, nadal istnieją wyzwania, takie jak regiony o niskiej precyzji na dużą skalę spowodowane utratą włókien, poszerzenie widma spowodowane nieliniowością i błędy systemowe spowodowane brakiem lokalizacji.
Technologia DRA oparta na wysokiej klasy DFB-RFL ma unikalne właściwości, takie jak płaskie wzmocnienie, niski poziom szumów i dobra stabilność, i może odgrywać ważną rolę w zastosowaniach DFS. Najpierw jest stosowany do BOTDA w celu pomiaru temperatury lub naprężenia przyłożonego do światłowodu. Eksperymentalne urządzenie pokazano na rysunku 14(a), gdzie zastosowano hybrydową metodę pompowania losowego lasera drugiego rzędu i niskoszumowego LD pierwszego rzędu. Wyniki eksperymentalne pokazują, że system BOTDA o długości 154,4 km ma rozdzielczość przestrzenną 5 mi dokładność temperatury ±1,4 cala, jak pokazano na rysunku 14 (b) i (c). Ponadto zastosowano zaawansowaną technologię DFB-RFL DRA w celu zwiększenia odległości wykrywania fazoczułego optycznego reflektometru w dziedzinie czasu (Φ-OTDR) do wykrywania drgań/zakłóceń, osiągając rekordową odległość wykrywania 175 km 25 m rozkład przestrzenny. W 2019 roku FU Y i in. rozszerzył zasięg wykrywania bezwzmacniacza BOTDA do 175 km. O ile nam wiadomo, system ten został do tej pory zgłoszony. Najdłuższa odległość i najwyższy współczynnik jakości (wskaźnik zasług, FoM) BOTDA bez repeatera. Po raz pierwszy zastosowano losowe wzmocnienie lasera światłowodowego trzeciego rzędu w rozproszonym systemie wykrywania światłowodów. Realizacja tego systemu potwierdza, że ​​losowe wzmocnienie lasera światłowodowego wysokiego rzędu może zapewnić wysoki i płaski rozkład wzmocnienia oraz ma tolerowany poziom szumów.