کاربرد لیزر تصادفی فیبر در سنجش توزیع شده

در سال 2013، یک مفهوم جدید از DRA مبتنی بر پمپ DFB-RFL پیشرفته پیشنهاد شد و توسط آزمایشات تأیید شد. با توجه به ساختار منحصر به فرد حفره نیمه باز DFB-RFL، مکانیسم بازخورد آن تنها به پراکندگی ریلی که به طور تصادفی در فیبر توزیع شده است، متکی است. ساختار طیفی و توان خروجی لیزر تصادفی با مرتبه بالا تولید شده، عدم حساسیت دمایی عالی را نشان می‌دهد، بنابراین DFB-RFL پیشرفته می‌تواند یک منبع پمپ کاملاً توزیع شده با نویز کم بسیار پایدار را تشکیل دهد. آزمایش نشان داده شده در شکل 13 (الف) مفهوم تقویت رامان توزیع شده بر اساس DFB-RFL مرتبه بالا را تأیید می کند و شکل 13 (b) توزیع بهره را در حالت انتقال شفاف تحت توان های مختلف پمپ نشان می دهد. از مقایسه می توان دریافت که پمپاژ مرتبه دوم دو جهته بهترین است، با مسطح بودن بهره 2.5 دسی بل، و به دنبال آن پمپاژ لیزر تصادفی مرتبه دوم عقب مانده (3.8 دسی بل)، در حالی که پمپاژ لیزر تصادفی رو به جلو نزدیک به مرتبه اول است. پمپاژ دو طرفه، به ترتیب در 5.5 و 4.9 دسی بل، عملکرد پمپاژ DFB-RFL رو به عقب، متوسط ​​بهره و نوسان بهره کمتر است. در عین حال، رقم نویز موثر پمپ DFB-RFL رو به جلو در پنجره انتقال شفاف در این آزمایش 2.3 دسی بل کمتر از پمپ مرتبه اول دو طرفه و 1.3 دسی بل کمتر از پمپ مرتبه دوم دو طرفه است. . در مقایسه با DRA معمولی، این راه حل دارای مزایای جامع آشکار در سرکوب انتقال شدت نسبی نویز و تحقق انتقال/حسگر متعادل با برد کامل است و لیزر تصادفی نسبت به دما حساس نیست و پایداری خوبی دارد. بنابراین، DRA مبتنی بر DFB-RFL پیشرفته می‌تواند تقویت‌کننده متعادل توزیع‌شده کم‌نویز و پایدار را برای انتقال/حسگر فیبر نوری در فواصل دور فراهم کند و پتانسیل تحقق انتقال و سنجش غیر رله‌ای در فواصل طولانی را دارد. .

سنجش فیبر توزیع شده (DFS)، به عنوان یک شاخه مهم در زمینه فناوری سنجش فیبر نوری، دارای مزایای برجسته زیر است: فیبر نوری خود یک حسگر است که حسگر و انتقال را یکپارچه می کند. می تواند به طور مداوم دمای هر نقطه در مسیر فیبر نوری را حس کند. توزیع فضایی و تغییر اطلاعات پارامترهای فیزیکی مانند کرنش و غیره. یک فیبر نوری می تواند صدها هزار نقطه اطلاعات حسگر را به دست آورد که می تواند طولانی ترین فاصله و بزرگترین شبکه حسگر ظرفیت در حال حاضر را تشکیل دهد. فناوری DFS چشم‌اندازهای کاربردی گسترده‌ای در زمینه نظارت بر ایمنی تأسیسات عمده مرتبط با اقتصاد ملی و معیشت مردم دارد، مانند کابل‌های انتقال نیرو، خطوط لوله نفت و گاز، راه‌آهن‌های پرسرعت، پل‌ها و تونل‌ها. با این حال، برای تحقق DFS با فاصله طولانی، وضوح فضایی بالا و دقت اندازه‌گیری، هنوز چالش‌هایی مانند مناطق با دقت پایین در مقیاس بزرگ ناشی از از دست دادن فیبر، گسترش طیفی ناشی از غیرخطی بودن، و خطاهای سیستم ناشی از عدم مکان‌یابی وجود دارد.
فناوری DRA مبتنی بر DFB-RFL پیشرفته دارای ویژگی های منحصر به فردی مانند بهره مسطح، نویز کم و پایداری خوب است و می تواند نقش مهمی در برنامه های DFS داشته باشد. ابتدا برای اندازه گیری دما یا کرنش اعمال شده به فیبر نوری روی BOTDA اعمال می شود. دستگاه آزمایشی در شکل 14 (الف) نشان داده شده است، که در آن یک روش پمپاژ هیبریدی از یک لیزر تصادفی مرتبه دوم و یک LD درجه اول کم نویز استفاده شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که سیستم BOTDA با طول 154.4 کیلومتر دارای قدرت تفکیک مکانی 5 متر و دقت دمایی ± 1.4 ℃ است، همانطور که در شکل 14 (b) و (c) نشان داده شده است. علاوه بر این، فناوری پیشرفته DFB-RFL DRA برای افزایش فاصله حسگر یک بازتاب سنج نوری دامنه زمانی حساس به فاز (Φ-OTDR) برای تشخیص لرزش/اختلال به کار گرفته شد و به رکورد فاصله سنجش 175 کیلومتر و 25 متر فضایی دست یافت. وضوح در سال 2019، از طریق اختلاط RFLA مرتبه دوم رو به جلو و تقویت لیزر تصادفی فیبر مرتبه سوم عقب، FU Y و همکاران. برد سنجش BOTDA بدون تکرار را به 175 کیلومتر افزایش داد. تا جایی که می دانیم این سامانه تاکنون گزارش شده است. بیشترین فاصله و بالاترین فاکتور کیفیت (Figure of Merit, FoM) BOTDA بدون تکرار کننده. این اولین بار است که تقویت لیزر تصادفی فیبر مرتبه سوم بر روی یک سیستم سنجش فیبر نوری توزیع شده اعمال می شود. تحقق این سیستم تأیید می کند که تقویت لیزر تصادفی فیبر درجه بالا می تواند توزیع بهره بالا و مسطح را ارائه دهد و سطح نویز قابل تحملی دارد.