Dağıtılmış Algılamada Fiber Rastgele Lazer Uygulaması

2013 yılında, üst düzey DFB-RFL pompasına dayalı yeni bir DRA konsepti önerildi ve deneylerle doğrulandı. DFB-RFL'nin benzersiz yarı açık boşluk yapısı nedeniyle, geri bildirim mekanizması yalnızca fiberde rastgele dağıtılan Rayleigh saçılmasına dayanır. Üretilen yüksek dereceli rastgele lazerin spektral yapısı ve çıkış gücü, mükemmel sıcaklık duyarsızlığı sergiler, bu nedenle Üst Düzey DFB-RFL, çok kararlı, düşük gürültülü, tamamen dağıtılmış bir pompa kaynağı oluşturabilir. Şekil 13(a)'da gösterilen deney, yüksek dereceli DFB-RFL'ye dayalı dağıtılmış Raman amplifikasyonu kavramını doğrular ve Şekil 13(b), farklı pompa güçleri altında şeffaf iletim durumunda kazanç dağılımını gösterir. Karşılaştırmadan, 2.5 dB kazanç düzlüğü ve ardından geriye doğru ikinci dereceden rastgele lazer pompalama (3,8 dB) ile çift yönlü ikinci dereceden pompalamanın en iyisi olduğu, ileri rastgele lazer pompalamanın ise birinci dereceye yakın olduğu görülebilir. sırasıyla çift yönlü pompalama 5,5 dB ve 4,9 dB'de, geriye doğru DFB-RFL pompalama performansı daha düşük ortalama kazanç ve kazanç dalgalanmasıdır. Aynı zamanda, bu deneydeki şeffaf iletim penceresindeki ileri DFB-RFL pompasının efektif gürültü rakamı, çift yönlü birinci derece pompanınkinden 2,3 dB ve çift yönlü ikinci derece pompanınkinden 1,3 dB daha düşüktür. . Geleneksel DRA ile karşılaştırıldığında, bu çözüm, bağıl yoğunluktaki gürültü transferini bastırma ve tam aralıklı dengeli iletim/algılama gerçekleştirmede belirgin kapsamlı avantajlara sahiptir ve rastgele lazer sıcaklığa karşı duyarsızdır ve iyi bir stabiliteye sahiptir. Bu nedenle, üst düzey DFB-RFL'ye dayalı DRA, uzun mesafeli fiber optik iletim/algılama için düşük gürültülü ve kararlı dağıtılmış dengeli amplifikasyon sağlayabilir ve ultra uzun mesafeli rölesiz iletim ve algılama gerçekleştirme potansiyeline sahiptir. .

Optik fiber algılama teknolojisi alanında önemli bir dal olarak Dağıtılmış Fiber Algılama (DFS), aşağıdaki olağanüstü avantajlara sahiptir: Optik fiberin kendisi, algılama ve iletimi entegre eden bir sensördür; optik fiber yolu üzerindeki her noktanın sıcaklığını sürekli olarak algılayabilir, gerinim vb. gibi fiziksel parametrelerin uzaysal dağılımı ve değişim bilgileri; tek bir optik fiber, şu anda en uzun mesafeyi ve en büyük kapasiteli sensör ağını oluşturabilen yüz binlerce noktaya kadar sensör bilgisi elde edebilir. DFS teknolojisi, enerji nakil kabloları, petrol ve gaz boru hatları, yüksek hızlı demiryolları, köprüler ve tüneller gibi ulusal ekonomi ve insanların geçim kaynakları ile ilgili büyük tesislerin güvenlik izlemesi alanında geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Bununla birlikte, uzun mesafe, yüksek uzaysal çözünürlük ve ölçüm doğruluğu ile DFS'yi gerçekleştirmek için, fiber kaybının neden olduğu büyük ölçekli düşük hassasiyetli bölgeler, doğrusal olmamanın neden olduğu spektral genişleme ve yerelleştirmeden kaynaklanan sistem hataları gibi zorluklar hala vardır.
Üst düzey DFB-RFL'ye dayalı DRA teknolojisi, düz kazanç, düşük gürültü ve iyi stabilite gibi benzersiz özelliklere sahiptir ve DFS uygulamalarında önemli bir rol oynayabilir. İlk olarak, optik fibere uygulanan sıcaklığı veya gerilimi ölçmek için BOTDA'ya uygulanır. Deney cihazı, ikinci dereceden bir rastgele lazer ve bir birinci dereceden düşük gürültülü LD'den oluşan bir hibrit pompalama yönteminin kullanıldığı Şekil 14(a)'da gösterilmektedir. Deneysel sonuçlar, 154.4 km uzunluğundaki BOTDA sisteminin Şekil 14(b) ve (c)'de gösterildiği gibi 5 m uzaysal çözünürlüğe ve ±1.4 ℃ sıcaklık doğruluğuna sahip olduğunu göstermektedir. Ek olarak, titreşim/bozukluk tespiti için faza duyarlı optik zaman alanı reflektometresinin (Φ-OTDR) algılama mesafesini artırmak için üst düzey DFB-RFL DRA teknolojisi uygulandı ve 175 km 25 m'lik rekor bir algılama mesafesi elde edildi. uzaysal çözünürlük 2019 yılında, ileri ikinci dereceden RFLA ve geriye doğru üçüncü dereceden fiber rastgele lazer amplifikasyonunun karıştırılmasıyla, FU Y ve ark. tekrarlayıcısız BOTDA'nın algılama mesafesini 175 km'ye çıkardı. Bildiğimiz kadarıyla, bu sistem şimdiye kadar rapor edildi. BOTDA'nın tekrarlayıcısız en uzun mesafe ve en yüksek kalite faktörü (Liyakat Figürü, FoM). Bu, üçüncü dereceden fiber rastgele lazer amplifikasyonunun dağıtılmış bir optik fiber algılama sistemine ilk kez uygulanmasıdır. Bu sistemin gerçekleştirilmesi, yüksek dereceli fiber rastgele lazer amplifikasyonunun yüksek ve düz kazanç dağılımı sağlayabildiğini ve tolere edilebilir bir gürültü seviyesine sahip olduğunu doğrulamaktadır.