Anvendelse av Fiber Random Laser i distribuert sensing

I 2013 ble et nytt konsept av DRA basert på high-end DFB-RFL pumpe foreslått og verifisert av eksperimenter. På grunn av den unike semi-åpne kavitetsstrukturen til DFB-RFL, er tilbakemeldingsmekanismen kun avhengig av Rayleigh-spredningen tilfeldig fordelt i fiberen. Den spektrale strukturen og utgangseffekten til den produserte tilfeldige laseren av høy orden viser utmerket temperaturufølsomhet, så High-end DFB-RFL kan danne en veldig stabil og støysvak fullt distribuert pumpekilde. Eksperimentet vist i figur 13(a) bekrefter konseptet med distribuert Raman-forsterkning basert på høyordens DFB-RFL, og figur 13(b) viser forsterkningsfordelingen i den transparente overføringstilstanden under forskjellige pumpeeffekter. Det kan sees fra sammenligning at toveis andreordens pumping er best, med en forsterkningsflathet på 2,5 dB, etterfulgt av bakover andreordens tilfeldig laserpumping (3,8 dB), mens forovergående tilfeldig laserpumping er nær førsteordens. toveis pumping, henholdsvis Ved 5,5 dB og 4,9 dB er den bakovervendte DFB-RFL-pumpeytelsen lavere gjennomsnittlig forsterkning og forsterkningsfluktuasjon. Samtidig er det effektive støytallet for den fremre DFB-RFL-pumpen i det gjennomsiktige transmisjonsvinduet i dette eksperimentet 2,3 dB lavere enn for den toveis første ordens pumpen og 1,3 dB lavere enn den for den toveis andre ordens pumpen. . Sammenlignet med den konvensjonelle DRA, har denne løsningen åpenbare omfattende fordeler ved å undertrykke relativ intensitetsstøyoverføring og realisere full-range balansert overføring/sensing, og den tilfeldige laseren er ufølsom for temperatur og har god stabilitet. Derfor kan DRA basert på high-end DFB-RFL være. Det gir lavstøy og stabil distribuert balansert forsterkning for langdistanse optisk fiberoverføring/-sensing, og har potensial til å realisere ultra-langdistanse ikke-reléoverføring og sensing .

Distribuert Fiber Sensing (DFS), som en viktig gren innen sensorteknologi for optisk fiber, har følgende enestående fordeler: Den optiske fiberen i seg selv er en sensor som integrerer sensing og overføring; den kan kontinuerlig registrere temperaturen til hvert punkt på den optiske fiberbanen. Den romlige fordeling og endre informasjon om fysiske parametere som tøyning, etc.; en enkelt optisk fiber kan få opptil hundretusenvis av punkter med sensorinformasjon, som kan danne det lengste avstanden og største kapasiteten sensornettverket for tiden. DFS-teknologi har brede anvendelsesmuligheter innen sikkerhetsovervåking av større anlegg knyttet til nasjonal økonomi og folks levebrød, som kraftoverføringskabler, olje- og gassrørledninger, høyhastighetsjernbaner, broer og tunneler. Men for å realisere DFS med lang avstand, høy romlig oppløsning og målenøyaktighet, er det fortsatt utfordringer som storskala lavpresisjonsområder forårsaket av fibertap, spektral utvidelse forårsaket av ikke-linearitet og systemfeil forårsaket av ikke-lokalisering.
DRA-teknologi basert på high-end DFB-RFL har unike egenskaper som flat gain, lav støy og god stabilitet, og kan spille en viktig rolle i DFS-applikasjoner. Først påføres den på BOTDA for å måle temperaturen eller belastningen som påføres den optiske fiberen. Den eksperimentelle enheten er vist i figur 14(a), hvor en hybridpumpemetode av en andreordens tilfeldig laser og en førsteordens lavstøy-LD brukes. De eksperimentelle resultatene viser at BOTDA-systemet med en lengde på 154,4 km har en romlig oppløsning på 5 m og en temperaturnøyaktighet på ±1,4 ℃, som vist i figur 14(b) og (c). I tillegg ble den avanserte DFB-RFL DRA-teknologien brukt for å øke sanseavstanden til et fasefølsomt optisk tidsdomenereflektometer (Φ-OTDR) for vibrasjons-/forstyrrelsesdeteksjon, og oppnå en rekordavstand på 175 km 25 m romlig oppløsning. I 2019, gjennom blanding av forover andre-ordens RFLA og bakover tredje-ordens fiber tilfeldig laserforsterkning, FU Y et al. utvidet sanserekkevidden til BOTDA uten repeater til 175 km. Så langt vi vet er dette systemet rapportert så langt. Den lengste avstanden og høyeste kvalitetsfaktoren (Figure of Merit, FoM) til BOTDA uten repeater. Dette er første gang tredje-ordens fiber tilfeldig laserforsterkning har blitt brukt på et distribuert optisk fibersensorsystem. Realiseringen av dette systemet bekrefter at tilfeldig laserforsterkning av høy ordens fiber kan gi høy og flat forsterkningsfordeling, og har et tolerabelt støynivå.