超長距離ポイント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

無作為に分散フィードバックファイバーレーザーラマンゲインに基づいて、その出力スペクトルはさまざまな環境条件下で広く安定していることが確認されており、ハーフオープンキャビティDFB-RFLのレーザースペクトル位置と帯域幅は追加されたポイントフィードバックデバイスと同じです。スペクトルは非常に優れています。相関。ポイントミラー（FBGなど）のスペクトル特性が外部環境によって変化すると、ファイバーランダムレーザーのレーザースペクトルも変化します。この原理に基づいて、ファイバーランダムレーザーを使用して、超長距離のポイントセンシング機能を実現できます。

2012年に報告された研究では、DFB-RFL光源とFBG反射により、長さ100kmの光ファイバーでランダムなレーザー光を生成することができます。図15（a）に示すように、さまざまな構造設計により、それぞれ1次および2次のレーザー出力を実現できます。一次構造の場合、ポンプソースは1365 nmレーザーであり、1次ストークス光の波長（1 455 nm）に一致するFBGセンサーがファイバーのもう一方の端に配置されています。 2次構造には、1 455 nmスポットFBGミラーが含まれます。これは、レーザー発振を生成しやすくするためにポンプ端に配置され、1 560 nmFBGセンサーはファイバーの遠端に配置されます。生成されたレーザー光はポンプ端で出力され、放出された光の波長変化を測定することで温度検知を実現できます。発振波長とFBGの温度の典型的な関係を図15（b）に示します。

この方式が実際のアプリケーションで非常に魅力的である理由は次のとおりです。まず、検出素子は純粋なパッシブデバイスであり、多くの超長距離で使用される復調器（100 km以上）から遠く離れている可能性があります。 -遠隔アプリケーション環境。 （電力線、石油およびガスパイプライン、高速鉄道線路などの安全監視など）は必須です。さらに、測定する情報は、FBGセンサーの中心波長によってのみ決定される波長ドメインに反映されるため、損失が変化したときにポンプソースパワーまたは光ファイバーセンシングのシステムを安定させることができます。最後に、1次および2次のレイジングスペクトルの信号対雑音比はそれぞれ20dBおよび35dBと高く、システムが感知できる限界距離が100kmをはるかに超えていることを示しています。したがって、優れた熱安定性と超長距離センシングにより、DFB-RFLは高性能光ファイバーセンシングシステムになります。
図16に示すように、上記の方法と同様の200kmのポイントセンシングシステムも実装されています。調査結果によると、システムのセンシング距離が長いため、反射センサー信号の信号対ノイズ比は次のようになります。最良の場合は17dB、最悪の場合は10 dBで、温度感度は11.3pm /℃です。多波長測定が可能で、11点の温度情報を同時に測定することができます。そして、この数を増やすことができます。文献に記載されているように、22個のFBGに基づくファイバーランダムレーザーは、22個の異なる波長で動作できます。ただし、このソリューションでは、同じ長さの光ファイバのペアが必要であり、光ファイバリソースの需要は前述の方法に比べて2倍になります。

2016年、リモート光ポンピングアンプ、光ファイバ通信におけるROPA、アクティブファイバのアクティブゲインの混合ゲインを使用、およびラマンシングルモードファイバのゲイン、包括的な理論的分析および実験的検証。図17（a）に示すように、1.5μm帯域のアクティブファイバに基づく長距離RFLが示されています。さらに、ランダムレーザーシステムは、長距離のポイントセンシングでも優れたパフォーマンスを発揮します。例として、ポイントタイプの温度センサーを取り上げます。この構造のランダムレーザー出力端のピーク波長は、FBGに追加される温度と線形関係にあり、センサーシステムには、図17（​​b）および（c）に示すように、波長分割多重機能があります。特に、以前の構造と比較して、このスキームは、より低いしきい値とより高い信号対雑音比を持っています。

今後の研究では、さまざまなポンピング方法やミラーの設計により、優れた性能を備えた超長距離ファイバーランダムレーザーポイントセンシングシステムの実現が期待されています。