Applicazione del laser casuale a fibra nel rilevamento distribuito

Nel 2013 è stato proposto e verificato mediante esperimenti un nuovo concetto di DRA basato sulla pompa DFB-RFL di fascia alta. A causa dell'esclusiva struttura a cavità semiaperta di DFB-RFL, il suo meccanismo di feedback si basa solo sullo scattering di Rayleigh distribuito casualmente nella fibra. La struttura spettrale e la potenza di uscita del laser casuale di ordine elevato prodotto mostrano un'eccellente insensibilità alla temperatura, quindi DFB-RFL di fascia alta può formare una sorgente di pompa completamente distribuita a basso rumore molto stabile. L'esperimento mostrato nella Figura 13 (a) verifica il concetto di amplificazione Raman distribuita basata sul DFB-RFL di ordine elevato e la Figura 13 (b) mostra la distribuzione del guadagno nello stato di trasmissione trasparente con diverse potenze della pompa. Dal confronto si può vedere che il pompaggio bidirezionale del secondo ordine è il migliore, con un guadagno piatto di 2,5 dB, seguito dal pompaggio laser casuale del secondo ordine all'indietro (3,8 dB), mentre il pompaggio laser casuale in avanti è vicino al pompaggio laser del primo ordine. pompaggio bidirezionale, rispettivamente a 5,5 dB e 4,9 dB, le prestazioni di pompaggio DFB-RFL all'indietro sono un guadagno medio inferiore e una fluttuazione del guadagno. Allo stesso tempo, la figura di rumore effettiva della pompa DFB-RFL diretta nella finestra di trasmissione trasparente in questo esperimento è inferiore di 2,3 dB rispetto a quella della pompa bidirezionale del primo ordine e di 1,3 dB inferiore a quella della pompa bidirezionale del secondo ordine . Rispetto al DRA convenzionale, questa soluzione presenta evidenti vantaggi globali nella soppressione del trasferimento del rumore di intensità relativa e nella realizzazione di trasmissione/rilevamento bilanciati a gamma completa, inoltre il laser casuale è insensibile alla temperatura e ha una buona stabilità. Pertanto, il DRA basato su DFB-RFL di fascia alta può essere fornito. Fornisce un'amplificazione bilanciata distribuita stabile e a basso rumore per la trasmissione/rilevamento di fibre ottiche a lunga distanza e ha il potenziale per realizzare trasmissione e rilevamento senza relè a lunghissima distanza. .

Il Distributed Fiber Sensing (DFS), in quanto ramo importante nel campo della tecnologia di rilevamento della fibra ottica, presenta i seguenti eccezionali vantaggi: la fibra ottica stessa è un sensore, che integra rilevamento e trasmissione; può rilevare continuamente la temperatura di ciascun punto sul percorso della fibra ottica. La distribuzione spaziale e modificare le informazioni di parametri fisici come deformazione, ecc.; una singola fibra ottica può ottenere fino a centinaia di migliaia di punti di informazioni sui sensori, che possono formare attualmente la rete di sensori con la distanza più lunga e la capacità più grande. La tecnologia DFS ha ampie prospettive di applicazione nel campo del monitoraggio della sicurezza delle principali strutture legate all'economia nazionale e al sostentamento delle persone, come cavi di trasmissione di energia, oleodotti e gasdotti, ferrovie ad alta velocità, ponti e tunnel. Tuttavia, per realizzare DFS con lunga distanza, alta risoluzione spaziale e precisione di misurazione, ci sono ancora sfide come regioni a bassa precisione su larga scala causate dalla perdita di fibra, allargamento spettrale causato dalla non linearità ed errori di sistema causati dalla non localizzazione.
La tecnologia DRA basata su DFB-RFL di fascia alta ha proprietà uniche come guadagno piatto, basso rumore e buona stabilità e può svolgere un ruolo importante nelle applicazioni DFS. Innanzitutto, viene applicato a BOTDA per misurare la temperatura o la deformazione applicata alla fibra ottica. Il dispositivo sperimentale è mostrato nella Figura 14 (a), dove viene utilizzato un metodo di pompaggio ibrido di un laser casuale di secondo ordine e un LD a basso rumore di primo ordine. I risultati sperimentali mostrano che il sistema BOTDA con una lunghezza di 154,4 km ha una risoluzione spaziale di 5 me una precisione della temperatura di ±1,4 ℃, come mostrato nella Figura 14 (b) e (c). Inoltre, la tecnologia DFB-RFL DRA di fascia alta è stata applicata per aumentare la distanza di rilevamento di un riflettometro ottico nel dominio del tempo sensibile alla fase (Φ-OTDR) per il rilevamento di vibrazioni/disturbi, ottenendo una distanza di rilevamento record di 175 km (25 m spaziali) risoluzione. Nel 2019, attraverso la miscelazione di RFLA diretta di secondo ordine e amplificazione laser casuale in fibra di terzo ordine all'indietro, FU Y et al. esteso il raggio di rilevamento del BOTDA senza ripetitore a 175 km. Per quanto ne sappiamo, questo sistema è stato segnalato finora. La distanza più lunga e il fattore di qualità più elevato (Figura di merito, FoM) di BOTDA senza ripetitore. Questa è la prima volta che l’amplificazione laser casuale in fibra di terzo ordine viene applicata a un sistema di rilevamento distribuito in fibra ottica. La realizzazione di questo sistema conferma che l'amplificazione laser casuale in fibra di ordine elevato può fornire una distribuzione del guadagno elevata e piatta e ha un livello di rumore tollerabile.