Приложение на влакнест произволен лазер в разпределено наблюдение

През 2013 г. беше предложена и потвърдена чрез експерименти нова концепция за DRA, базирана на помпа от висок клас DFB-RFL. Поради уникалната полуотворена структура на кухината на DFB-RFL, неговият механизъм за обратна връзка разчита само на Rayleigh разсейване, произволно разпределено във влакното. Спектралната структура и изходната мощност на произведения произволен лазер от висок порядък показват отлична температурна нечувствителност, така че DFB-RFL от висок клас може да формира много стабилен напълно разпределен източник на помпа с ниско ниво на шум. Експериментът, показан на Фигура 13(a), проверява концепцията за разпределено Raman усилване на базата на DFB-RFL от висок ред, а Фигура 13(b) показва разпределението на печалбата в състояние на прозрачно предаване при различни мощности на помпата. Може да се види от сравнението, че двупосочното изпомпване от втори ред е най-доброто, с гладкост на усилването от 2,5 dB, последвано от произволно лазерно изпомпване от втори ред назад (3,8 dB), докато произволното лазерно изпомпване напред е близко до това от първи ред двупосочно изпомпване, съответно При 5,5 dB и 4,9 dB, обратната производителност на изпомпване на DFB-RFL е по-ниско средно усилване и флуктуация на усилването. В същото време ефективната шумова стойност на предната DFB-RFL помпа в прозрачния трансмисионен прозорец в този експеримент е с 2,3 dB по-ниска от тази на двупосочната помпа от първи ред и с 1,3 dB по-ниска от тази на двупосочната помпа от втори ред . В сравнение с конвенционалния DRA, това решение има очевидни всеобхватни предимства при потискане на преноса на шум от относителния интензитет и реализиране на балансирано предаване/отчитане в пълен диапазон, а произволният лазер е нечувствителен към температура и има добра стабилност. Следователно DRA, базиран на DFB-RFL от висок клас, може да бъде Осигурява ниско ниво на шум и стабилно разпределено балансирано усилване за предаване/отчитане на оптични влакна на дълги разстояния и има потенциала да реализира нерелейно предаване и отчитане на ултра дълги разстояния .

Distributed Fiber Sensing (DFS), като важен клон в областта на технологията за отчитане на оптични влакна, има следните изключителни предимства: самото оптично влакно е сензор, интегриращ отчитане и предаване; може непрекъснато да усеща температурата на всяка точка от пътя на оптичното влакно Пространственото разпределение и промяната на информацията за физическите параметри като напрежение и т.н.; едно оптично влакно може да получи до стотици хиляди точки сензорна информация, което може да формира сензорна мрежа с най-голямо разстояние и най-голям капацитет в момента. Технологията DFS има широки перспективи за приложение в областта на мониторинга на безопасността на основни съоръжения, свързани с националната икономика и поминъка на хората, като електропреносни кабели, нефтопроводи и газопроводи, високоскоростни железопътни линии, мостове и тунели. Въпреки това, за реализиране на DFS с големи разстояния, висока пространствена разделителна способност и точност на измерване, все още има предизвикателства като широкомащабни региони с ниска точност, причинени от загуба на влакна, спектрално разширяване, причинено от нелинейност, и системни грешки, причинени от нелокализация.
Технологията DRA, базирана на DFB-RFL от висок клас, има уникални свойства като равно усилване, нисък шум и добра стабилност и може да играе важна роля в приложенията на DFS. Първо, той се прилага към BOTDA за измерване на температурата или напрежението, приложено към оптичното влакно. Експерименталното устройство е показано на фигура 14(a), където се използва хибриден метод на изпомпване на произволен лазер от втори ред и LD с нисък шум от първи ред. Експерименталните резултати показват, че системата BOTDA с дължина 154,4 km има пространствена разделителна способност от 5 m и температурна точност от ±1,4 ℃, както е показано на фигура 14 (b) и (c). В допълнение, технологията DFB-RFL DRA от висок клас беше приложена за увеличаване на разстоянието на засичане на фазово-чувствителен оптичен рефлектометър във времева област (Φ-OTDR) за откриване на вибрации/смущения, постигайки рекордно разстояние за засичане от 175 km 25 m пространствено резолюция. През 2019 г. чрез смесването на RFLA от втори ред в права посока и произволно лазерно усилване на влакна от трети ред в обратна посока, FU Y et al. разшири обхвата на засичане на BOTDA без повторител до 175 км. Доколкото знаем, тази система е докладвана досега. Най-голямото разстояние и най-високият качествен фактор (Figure of Merit, FoM) на BOTDA без повторител. Това е първият път, когато произволното лазерно усилване на влакна от трети ред е приложено към разпределена сензорна система за оптични влакна. Реализацията на тази система потвърждава, че произволното лазерно усилване на влакна от висок порядък може да осигури високо и равномерно разпределение на печалбата и има допустимо ниво на шум.