Fiber Random Laser alkalmazása ultra-nagy távolságú pontérzékelésben

Véletlenszerűenelosztott visszacsatolású szálas lézerA Raman-erősítés alapján a kimeneti spektruma széles és stabil különböző környezeti feltételek mellett, valamint a félig nyitott üregű DFB-RFL lézerspektrum pozíciója és sávszélessége megegyezik a hozzáadott pont visszacsatoló eszközével. korrelált. Ha a ponttükör (például FBG) spektrális jellemzői a külső környezettel együtt változnak, a véletlenszerű szálas lézer lézerspektruma is megváltozik. Ezen az elven alapulva a szálas véletlenszerű lézerekkel ultra-nagy távolságú pontérzékelő funkciókat lehet megvalósítani.

A 2012-ben közölt kutatómunka során egy DFB-RFL fényforrás és FBG reflexió révén véletlenszerű lézerfény állítható elő egy 100 km hosszú optikai szálban. Különböző szerkezeti kialakítások révén az elsőrendű és másodrendű lézerkimenet valósítható meg, amint az a 15(a) ábrán látható. Az elsőrendű szerkezethez aszivattyú forrásaegy 1 365 nm-es lézer, és az elsőrendű Stokes-fény hullámhosszához (1 455 nm) illeszkedő FBG érzékelőt helyeznek el a szál másik végén. A másodrendű szerkezet egy 1 455 nm-es spot FBG tükröt tartalmaz, amely a szivattyú végén van elhelyezve, hogy megkönnyítse a lézerkészítést, az 1 560 nm-es FBG érzékelő pedig a szál túlsó végén található. A keletkezett lézerfény a szivattyú végén kerül kibocsátásra, és a kibocsátott fény hullámhossz-változásának mérésével hőmérsékletérzékelés valósítható meg. A lézeres hullámhossz és az FBG hőmérséklete közötti tipikus összefüggést a 15(b) ábra mutatja.

Az ok, amiért ez a séma nagyon vonzó a gyakorlati alkalmazásokban, a következő: Először is, az érzékelő elem egy tisztán passzív eszköz, és messze lehet a demodulátortól (több mint 100 km), amelyet sok ultrahosszú készülékben használnak. - távalkalmazási környezetek. (Például elektromos vezetékek, olaj- és gázvezetékek, nagysebességű vasúti pályák stb. biztonsági ellenőrzése) elengedhetetlen; Ezenkívül a mérendő információ tükröződik a hullámhossz-tartományban, amelyet csak az FBG érzékelő középső hullámhossza határoz meg, így a rendszer a szivattyú forrásában vagy az optikai szálban stabilizálható. végül az elsőrendű és másodrendű lézerspektrum jel-zaj aránya eléri a 20 dB-t, illetve a 35 dB-t, ami azt jelzi, hogy a rendszer által érzékelhető határtávolság jóval meghaladja a 100 km-t. Ezért a jó hőstabilitás és az ultra-nagy távolság érzékelése a DFB-RFL-t nagy teljesítményű optikai szál-érzékelő rendszerré teszi.
A fenti módszerhez hasonló 200 km-es pontérzékelő rendszer is megvalósult, a 16. ábra szerint A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a rendszer nagy érzékelési távolsága miatt a visszavert szenzor jelének jel-zaj aránya A legjobb esetben 17 dB, rosszabb esetben 10 dB, a hőmérséklet érzékenység pedig 11,3 pm/℃. A rendszer több hullámhosszú mérést tud megvalósítani, amely 11 pont hőmérsékleti információinak egyidejű mérésére ad lehetőséget. És ez a szám növelhető. Amint azt a szakirodalom említi, egy 22 FBG-n alapuló véletlenszerű szálas lézer 22 különböző hullámhosszon képes működni. A megoldáshoz azonban egy pár azonos hosszúságú optikai szálra van szükség, és az optikai szál erőforrások iránti igény megkétszereződik a fent említett módszerhez képest.

2016-ban a RemoteOptikai pumpáló erősítő, ROPA az optikai szálas kommunikációban, az aktív erősítés vegyes erősítésének felhasználásával aktív szálban ésRamannyereség az egymódusú szálak terén, átfogó elméleti elemzés és kísérleti ellenőrzés. Az 1,5 μm-es sávban lévő aktív szálon alapuló nagy távolságú RFL-t mutatunk be, amint az a 17(a) ábrán látható. Emellett a véletlenszerű lézerrendszer a távolsági pontérzékelésben is jól teljesít. Vegyük például a pont típusú hőmérséklet-érzékelőt. Ennek a szerkezetnek a véletlenszerű lézerkimeneti végének csúcs hullámhossza lineáris kapcsolatban áll az FBG-hez hozzáadott hőmérséklettel, és az érzékelőrendszer hullámhosszosztásos multiplexelési funkcióval rendelkezik, amint az a 17(b) és (c) ábrán látható. Különösen az előző struktúrához képest ez a séma alacsonyabb küszöbértékkel és magasabb jel-zaj aránnyal rendelkezik.

A jövőbeni kutatások során a különböző szivattyúzási módszerek és tükrök tervezése révén várhatóan egy rendkívül nagy távolságú, szálas véletlenszerű lézeres pontérzékelő rendszert valósítanak meg, kiváló teljesítménnyel.