Aplikácia vláknového náhodného lasera v distribuovanom snímaní

V roku 2013 bol navrhnutý a experimentálne overený nový koncept DRA založený na špičkovom čerpadle DFB-RFL. Vďaka jedinečnej štruktúre polootvorenej dutiny DFB-RFL sa jeho mechanizmus spätnej väzby spolieha iba na Rayleighov rozptyl náhodne distribuovaný vo vlákne. Spektrálna štruktúra a výstupný výkon vyrobeného náhodného lasera vysokého rádu vykazuje vynikajúcu teplotnú necitlivosť, takže high-end DFB-RFL môže tvoriť veľmi stabilný nízkošumový plne distribuovaný zdroj čerpadla. Experiment zobrazený na obrázku 13(a) overuje koncepciu distribuovaného Ramanovho zosilnenia založenú na vysokom DFB-RFL a obrázok 13(b) ukazuje rozdelenie zisku v transparentnom stave prenosu pri rôznych výkonoch čerpadla. Z porovnania je možné vidieť, že obojsmerné čerpanie druhého rádu je najlepšie s plochosťou zisku 2,5 dB, po ktorom nasleduje spätné náhodné laserové čerpanie druhého rádu (3,8 dB), zatiaľ čo dopredné náhodné laserové čerpanie je blízke prvému rádu. obojsmerné čerpanie Pri 5,5 dB a 4,9 dB je spätným čerpacím výkonom DFB-RFL nižší priemerný zisk a kolísanie zisku. Zároveň je v tomto experimente efektívna hodnota hluku predného čerpadla DFB-RFL v priehľadnom prenosovom okne o 2,3 dB nižšia ako u obojsmerného čerpadla prvého rádu a o 1,3 dB nižšia ako u obojsmerného čerpadla druhého rádu. . V porovnaní s konvenčným DRA má toto riešenie zjavné komplexné výhody pri potláčaní prenosu hluku relatívnej intenzity a realizácii vyváženého prenosu/snímania v celom rozsahu a náhodný laser je necitlivý na teplotu a má dobrú stabilitu. Preto môže byť DRA založená na špičkovom DFB-RFL Poskytuje nízkošumové a stabilné distribuované vyvážené zosilnenie pre prenos/snímanie optických vlákien na veľké vzdialenosti a má potenciál realizovať bezreléový prenos a snímanie na veľmi dlhé vzdialenosti. .

Distributed Fiber Sensing (DFS), ako dôležité odvetvie v oblasti technológie snímania optických vlákien, má tieto vynikajúce výhody: Samotné optické vlákno je senzor, ktorý integruje snímanie a prenos; môže nepretržite snímať teplotu každého bodu na trase optického vlákna. Priestorové rozloženie a meniť informácie o fyzikálnych parametroch, ako je napätie atď.; jediné optické vlákno dokáže získať až státisíce bodov senzorových informácií, ktoré môžu tvoriť v súčasnosti najväčšiu vzdialenosť a najväčšiu kapacitu senzorovej siete. Technológia DFS má široké uplatnenie v oblasti monitorovania bezpečnosti hlavných zariadení súvisiacich s národným hospodárstvom a obživou ľudí, ako sú káble na prenos energie, ropovody a plynovody, vysokorýchlostné železnice, mosty a tunely. Na realizáciu DFS s veľkou vzdialenosťou, vysokým priestorovým rozlíšením a presnosťou merania však stále existujú problémy, ako sú rozsiahle oblasti s nízkou presnosťou spôsobené stratou vlákna, spektrálne rozšírenie spôsobené nelinearitou a systémové chyby spôsobené nelokalizáciou.
Technológia DRA založená na špičkovej DFB-RFL má jedinečné vlastnosti, ako je plochý zisk, nízky šum a dobrá stabilita, a môže hrať dôležitú úlohu v aplikáciách DFS. Najprv sa aplikuje na BOTDA na meranie teploty alebo napätia aplikovaného na optické vlákno. Experimentálne zariadenie je znázornené na obrázku 14(a), kde je použitá hybridná čerpacia metóda náhodného lasera druhého rádu a nízkošumového LD prvého rádu. Experimentálne výsledky ukazujú, že systém BOTDA s dĺžkou 154,4 km má priestorové rozlíšenie 5 ma presnosť teploty ±1,4 ℃, ako je znázornené na obrázku 14(b) a (c). Okrem toho bola použitá špičková technológia DFB-RFL DRA na zvýšenie snímacej vzdialenosti fázovo citlivého reflektometra s optickou časovou doménou (Φ-OTDR) na detekciu vibrácií/rušenia, čím sa dosiahla rekordná snímacia vzdialenosť 175 km 25 m priestorového rozlíšenie. V roku 2019, prostredníctvom zmiešania doprednej RFLA druhého rádu a spätnej vláknovej náhodnej laserovej amplifikácie tretieho rádu, FU Y a kol. predĺžil dosah snímania BOTDA bez opakovača na 175 km. Pokiaľ vieme, tento systém bol doteraz ohlásený. Najväčšia vzdialenosť a najvyšší kvalitatívny faktor (Figure of Merit, FoM) BOTDA bez opakovača. Toto je prvýkrát, čo bolo na distribuovaný systém snímania optických vlákien aplikované náhodné laserové zosilnenie vlákna tretieho rádu. Realizácia tohto systému potvrdzuje, že vláknové náhodné laserové zosilnenie vysokého rádu môže poskytnúť vysokú a plochú distribúciu zisku a má prijateľnú hladinu hluku.