Anvendelse af Fiber Random Laser i distribueret sansning

I 2013 blev et nyt koncept af DRA baseret på high-end DFB-RFL pumpe foreslået og verificeret ved eksperimenter. På grund af den unikke semi-åbne kavitetsstruktur af DFB-RFL, er dens feedback-mekanisme kun afhængig af Rayleigh-spredningen tilfældigt fordelt i fiberen. Den spektrale struktur og udgangseffekt af den producerede tilfældige laser af høj orden udviser fremragende temperaturufølsomhed, så High-end DFB-RFL kan danne en meget stabil støjsvag fuldt distribueret pumpekilde. Eksperimentet vist i figur 13(a) verificerer konceptet med distribueret Raman-forstærkning baseret på højordens DFB-RFL, og figur 13(b) viser forstærkningsfordelingen i den transparente transmissionstilstand under forskellige pumpekræfter. Det kan ses ved sammenligning, at tovejs andenordens pumpning er bedst, med en forstærkningsfladhed på 2,5 dB, efterfulgt af bagud andenordens tilfældig laserpumpning (3,8 dB), mens fremadgående tilfældig laserpumpning er tæt på førsteordens. tovejspumpning Ved henholdsvis 5,5 dB og 4,9 dB er den bagudgående DFB-RFL-pumpeydelse lavere gennemsnitlig forstærkning og forstærkningsudsving. Samtidig er det effektive støjtal for den fremadgående DFB-RFL-pumpe i det transparente transmissionsvindue i dette eksperiment 2,3 dB lavere end for den tovejs første ordens pumpe og 1,3 dB lavere end for den tovejs anden ordens pumpe . Sammenlignet med den konventionelle DRA har denne løsning åbenlyse omfattende fordele ved at undertrykke relativ intensitetsstøjoverførsel og realisere fuld-range balanceret transmission/sensing, og den tilfældige laser er ufølsom over for temperatur og har god stabilitet. Derfor kan DRA baseret på high-end DFB-RFL være. Det giver lav støj og stabil, distribueret afbalanceret forstærkning til langdistance optisk fiber transmission/sensing og har potentialet til at realisere ultra-langdistance ikke-relæ transmission og sensing .

Distributed Fiber Sensing (DFS), som en vigtig gren inden for optisk fibersensorteknologi, har følgende enestående fordele: Den optiske fiber i sig selv er en sensor, der integrerer sensing og transmission; den kan kontinuerligt registrere temperaturen for hvert punkt på den optiske fibervej. Den rumlige fordeling og ændring af information om fysiske parametre såsom belastning osv.; en enkelt optisk fiber kan opnå op til hundredtusindvis af punkter med sensorinformation, som kan danne det længste afstand og største kapacitet sensornetværk på nuværende tidspunkt. DFS-teknologi har brede anvendelsesmuligheder inden for sikkerhedsovervågning af større anlæg relateret til den nationale økonomi og folks levebrød, såsom krafttransmissionskabler, olie- og gasrørledninger, højhastighedsjernbaner, broer og tunneler. Men for at realisere DFS med lang afstand, høj rumlig opløsning og målenøjagtighed er der stadig udfordringer såsom storskala lavpræcisionsområder forårsaget af fibertab, spektral udvidelse forårsaget af ikke-linearitet og systemfejl forårsaget af ikke-lokalisering.
DRA-teknologi baseret på high-end DFB-RFL har unikke egenskaber såsom flad forstærkning, lav støj og god stabilitet, og kan spille en vigtig rolle i DFS-applikationer. Først påføres den på BOTDA for at måle temperaturen eller belastningen på den optiske fiber. Den eksperimentelle enhed er vist i figur 14(a), hvor en hybridpumpemetode af en andenordens tilfældig laser og en førsteordens lavstøjs-LD anvendes. De eksperimentelle resultater viser, at BOTDA-systemet med en længde på 154,4 km har en rumlig opløsning på 5 m og en temperaturnøjagtighed på ±1,4 ℃, som vist i figur 14(b) og (c). Derudover blev den avancerede DFB-RFL DRA-teknologi anvendt til at øge registreringsafstanden af ​​et fasefølsomt optisk tidsdomænereflektometer (Φ-OTDR) til vibrations-/forstyrrelsesdetektion, hvilket opnåede en rekorddetektionsafstand på 175 km 25 m rumlig opløsning. I 2019, gennem blanding af fremad anden ordens RFLA og bagud tredje ordens fiber tilfældig laserforstærkning, FU Y et al. udvidede sansningsrækkevidden af ​​repeaterfri BOTDA til 175 km. Så vidt vi ved, er dette system blevet rapporteret indtil videre. Den længste distance og højeste kvalitetsfaktor (Figure of Merit, FoM) af BOTDA uden repeater. Dette er første gang, at tredje-ordens fiber tilfældig laserforstærkning er blevet anvendt til et distribueret optisk fiberfølingssystem. Realiseringen af ​​dette system bekræfter, at højordens fiber tilfældig laserforstærkning kan give høj og flad forstærkningsfordeling og har et acceptabelt støjniveau.