分散センシングにおけるファイバーランダムレーザーの応用

2013 年に、ハイエンド DFB-RFL ポンプをベースにした新しい DRA コンセプトが提案され、実験によって検証されました。 DFB-RFL のユニークなセミオープンキャビティ構造により、そのフィードバック機構はファイバー内にランダムに分布するレイリー散乱のみに依存します。生成される高次ランダム レーザーのスペクトル構造と出力は優れた温度感度を示すため、ハイエンド DFB-RFL は非常に安定した低ノイズの完全分散ポンプ ソースを形成できます。図 13(a) に示す実験は、高次 DFB-RFL に基づく分布ラマン増幅の概念を検証し、図 13(b) は、異なる励起パワーの下での透過透過状態での利得分布を示しています。比較すると、ゲイン平坦性が 2.5 dB の双方向 2 次ランダム レーザー ポンピングが最適で、次に後方 2 次ランダム レーザー ポンピング (3.8 dB) が続きますが、順方向ランダム レーザー ポンピングは 1 次のランダム レーザー ポンピングに近いことがわかります。双方向ポンピング、それぞれ 5.5 dB と 4.9 dB では、逆方向 DFB-RFL ポンピング性能は、平均ゲインとゲイン変動が低くなります。同時に、この実験の透明透過窓における順方向 DFB-RFL ポンプの実効雑音指数は、双方向 1 次ポンプのそれより 2.3 dB 低く、双方向 2 次ポンプのそれより 1.3 dB 低くなります。 。従来の DRA と比較して、このソリューションには、相対強度ノイズ伝達の抑制とフルレンジのバランスの取れた送信/センシングの実現において明らかな包括的な利点があり、ランダム レーザーは温度の影響を受けず、優れた安定性を備えています。したがって、ハイエンドDFB-RFLをベースとしたDRAは、長距離光ファイバ伝送/センシングに低ノイズで安定した分散平衡増幅を提供し、超長距離無中継伝送/センシングを実現する可能性を秘めています。 。

分散型ファイバー センシング (DFS) は、光ファイバー センシング技術分野の重要な分野として、次の優れた利点を持っています。 光ファイバー自体がセンサーであり、センシングと伝送が統合されています。光ファイバー経路上の各点の温度、ひずみなどの物理パラメータの空間分布および変化情報を継続的に検知できます。 1 本の光ファイバーで最大数十万点のセンサー情報を取得でき、現時点で最長距離、最大容量のセンサーネットワークを形成できます。 DFS技術は、送電ケーブル、石油・ガスパイプライン、高速鉄道、橋梁、トンネルなど、国民経済や国民生活に関わる主要施設の安全監視の分野で幅広い応用が期待されています。しかし、長距離、高空間分解能、測定精度を備えたDFSを実現するには、ファイバ損失による大規模な低精度領域、非線形性によるスペクトル広がり、非局在化によるシステム誤差などの課題が依然として残っています。
ハイエンド DFB-RFL をベースとした DRA テクノロジーは、フラット ゲイン、低ノイズ、優れた安定性などの独自の特性を備えており、DFS アプリケーションで重要な役割を果たします。まず、BOTDA に適用して、光ファイバーにかかる温度やひずみを測定します。実験装置は図 14(a) に示されており、2 次ランダムレーザと 1 次低雑音 LD のハイブリッド励起法が使用されています。実験結果は、図14(b)および(c)に示すように、長さ154.4kmのBOTDAシステムの空間分解能は5m、温度精度は±1.4℃であることがわかりました。さらに、ハイエンドのDFB-RFL DRAテクノロジーを適用して、振動/外乱検出用の位相感応型光タイムドメイン反射計（Φ-OTDR）の検出距離を延長し、空間距離25mで175kmという記録的な検出距離を達成しました。解決。 2019 年、FU Y らは、順方向 2 次 RFLA と逆方向 3 次ファイバー ランダム レーザー増幅の混合により、リピーターレスBOTDAの検知距離を175kmに延長。私たちが知る限り、このシステムはこれまでに報告されています。リピータなしの BOTDA の最長距離と最高の品質係数 (性能指数、FoM)。三次ファイバーランダムレーザー増幅が分散型光ファイバーセンシングシステムに適用されたのはこれが初めてです。このシステムの実現により、高次ファイバーランダムレーザー増幅が、高く平坦な利得分布を提供でき、許容可能なノイズレベルを有することが確認された。