Fiber Random Laser alkalmazása elosztott érzékelésben

2013-ban egy új DRA koncepciót javasoltak, amely csúcskategóriás DFB-RFL szivattyún alapul, és kísérletekkel igazolták. A DFB-RFL egyedülálló, félig nyitott üreges szerkezetének köszönhetően visszacsatoló mechanizmusa csak a szálban véletlenszerűen elosztott Rayleigh-szórásra támaszkodik. A nagyrendű véletlenszerű lézer spektrális szerkezete és kimeneti teljesítménye kiváló hőmérséklet-érzéketlenséget mutat, így a csúcskategóriás DFB-RFL nagyon stabil, alacsony zajszintű, teljesen elosztott szivattyúforrást képezhet. A 13(a) ábrán látható kísérlet az elosztott Raman-erősítés koncepcióját igazolja a magasrendű DFB-RFL alapján, a 13(b) ábra pedig az erősítési eloszlást mutatja transzparens átviteli állapotban különböző szivattyúteljesítmények mellett. Összehasonlításból látható, hogy a kétirányú másodrendű szivattyúzás a legjobb, 2,5 dB-es erősítéssel, ezt követi a visszafelé másodrendű véletlenszerű lézerszivattyúzás (3,8 dB), míg az előre irányuló véletlenszerű lézeres pumpálás az elsőrendűhez közelít. kétirányú szivattyúzás 5,5 dB és 4,9 dB esetén a visszafelé irányuló DFB-RFL szivattyúzási teljesítmény alacsonyabb átlagos erősítés és erősítési ingadozás. Ugyanakkor ebben a kísérletben az előremenő DFB-RFL szivattyú effektív zajértéke az átlátszó átviteli ablakban 2,3 dB-lel alacsonyabb, mint a kétirányú elsőrendű szivattyúé és 1,3 dB-lel alacsonyabb, mint a kétirányú másodrendű szivattyúé. . A hagyományos DRA-hoz képest ez a megoldás nyilvánvaló átfogó előnyökkel rendelkezik a relatív intenzitású zajátvitel elnyomásában és a teljes tartományban kiegyensúlyozott átvitel/érzékelés megvalósításában, a véletlenszerű lézer pedig érzéketlen a hőmérsékletre és jó stabilitású. Ezért a csúcskategóriás DFB-RFL-en alapuló DRA alacsony zajszintű és stabil elosztott kiegyensúlyozott erősítést biztosít a nagy távolságú optikai szálas átvitelhez/érzékeléshez, és képes ultra-nagy távolságú, nem relé átvitelre és érzékelésre. .

A Distributed Fiber Sensing (DFS), mint az optikai szál-érzékelő technológia egyik fontos ága, a következő kiemelkedő előnyökkel rendelkezik: Maga az optikai szál egy érzékelő, integrálja az érzékelést és az átvitelt; folyamatosan érzékeli az optikai szál útvonalának egyes pontjainak hőmérsékletét. A fizikai paraméterek térbeli eloszlása ​​és változási információi, pl., alakváltozás stb.; egyetlen optikai szál akár több százezer pont szenzorinformációt is képes megszerezni, amely jelenleg a legnagyobb távolságú és legnagyobb kapacitású szenzorhálózatot alkothatja. A DFS technológiának széleskörű alkalmazási lehetőségei vannak a nemzetgazdasággal és az emberek megélhetésével kapcsolatos fontosabb létesítmények, mint például az erőátviteli kábelek, olaj- és gázvezetékek, nagysebességű vasutak, hidak és alagutak biztonsági ellenőrzése terén. A nagy távolságú, nagy térbeli felbontású és mérési pontosságú DFS megvalósításához azonban még mindig vannak kihívások, mint például a szálveszteség által okozott nagyméretű, alacsony pontosságú régiók, a nemlinearitás által okozott spektrális kiszélesedés és a nem lokalizáció okozta rendszerhibák.
A csúcskategóriás DFB-RFL-re épülő DRA technológia olyan egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, mint a lapos nyereség, alacsony zajszint és jó stabilitás, és fontos szerepet játszhat a DFS-alkalmazásokban. Először a BOTDA-ra alkalmazzák az optikai szál hőmérsékletének vagy feszültségének mérésére. A kísérleti berendezést a 14(a) ábra mutatja, ahol egy másodrendű véletlenszerű lézer és egy elsőrendű alacsony zajszintű LD hibrid pumpálási módszerét alkalmazzák. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a 154,4 km hosszú BOTDA rendszer térbeli felbontása 5 m, hőmérsékleti pontossága ±1,4 ℃, amint azt a 14(b) és (c) ábra mutatja. Ezen túlmenően a csúcskategóriás DFB-RFL DRA technológiát alkalmazták egy fázisérzékeny optikai időtartomány reflektométer (Φ-OTDR) érzékelési távolságának növelésére a rezgés/zavar észlelésére, így rekord 175 km 25 m érzékelési távolságot ért el. térbeli felbontás. 2019-ben FU Y et al. 175 km-re bővítette az átjátszó nélküli BOTDA érzékelési tartományát. Tudomásunk szerint ezt a rendszert eddig jelentették. A BOTDA legnagyobb távolsága és legmagasabb minőségi tényezője (Figure of Merit, FoM) átjátszó nélkül. Ez az első alkalom, hogy harmadrendű szálas véletlenszerű lézererősítést alkalmaznak elosztott optikai szál-érzékelő rendszeren. Ennek a rendszernek a megvalósítása megerősíti, hogy a nagyrendű szálas véletlenszerű lézererősítés magas és lapos erősítési eloszlást biztosít, és elviselhető zajszinttel rendelkezik.