Application ng Fiber Random Laser sa Distributed Sensing

Noong 2013, isang bagong konsepto ng DRA batay sa high-end na DFB-RFL pump ang iminungkahi at na-verify ng mga eksperimento. Dahil sa kakaibang semi-open na cavity structure ng DFB-RFL, ang mekanismo ng feedback nito ay umaasa lamang sa Rayleigh scattering na random na ibinahagi sa fiber. Ang spectral na istraktura at lakas ng output ng high-order na random na laser na ginawa ay nagpapakita ng mahusay na insensitivity sa temperatura, kaya ang High-end na DFB-RFL ay maaaring bumuo ng isang napaka-stable na low-noise na ganap na naipamahagi na pinagmumulan ng bomba. Ang eksperimento na ipinapakita sa Figure 13(a) ay nagpapatunay sa konsepto ng distributed Raman amplification batay sa high-order na DFB-RFL, at ang Figure 13(b) ay nagpapakita ng gain distribution sa transparent na transmission state sa ilalim ng iba't ibang pump powers. Makikita mula sa paghahambing na ang bidirectional second-order pumping ay ang pinakamahusay, na may gain flatness na 2.5 dB, na sinusundan ng backward second-order random laser pumping (3.8 dB), habang ang forward random laser pumping ay malapit sa first-order. bidirectional pumping, ayon sa pagkakabanggit Sa 5.5 dB at 4.9 dB, ang paatras na DFB-RFL pumping performance ay mas mababang average gain at gain fluctuation. Kasabay nito, ang epektibong noise figure ng forward DFB-RFL pump sa transparent transmission window sa eksperimentong ito ay 2.3 dB na mas mababa kaysa sa bidirectional first-order pump at 1.3 dB na mas mababa kaysa sa bidirectional second-order pump . Kung ikukumpara sa maginoo na DRA, ang solusyon na ito ay may malinaw na komprehensibong mga pakinabang sa pagsugpo sa relatibong intensity ng paglipat ng ingay at pagsasakatuparan ng full-range na balanseng transmission/sensing, at ang random na laser ay hindi sensitibo sa temperatura at may mahusay na katatagan. Samakatuwid, ang DRA batay sa high-end na DFB-RFL ay maaaring Ito ay nagbibigay ng mababang ingay at matatag na ibinahagi na balanseng amplification para sa malayuang optical fiber transmission/sensing, at may potensyal na makamit ang ultra-long-distance non-relay transmission at sensing .

Ang Distributed Fiber Sensing (DFS), bilang isang mahalagang sangay sa larangan ng teknolohiya ng optical fiber sensing, ay may mga sumusunod na namumukod-tanging pakinabang: Ang optical fiber mismo ay isang sensor, na nagsasama ng sensing at transmission; patuloy nitong nararamdaman ang temperatura ng bawat punto sa optical fiber path Ang spatial distribution at pagbabago ng impormasyon ng mga pisikal na parameter tulad ng, strain, atbp.; ang isang solong optical fiber ay maaaring makakuha ng hanggang sa daan-daang libong mga punto ng impormasyon ng sensor, na maaaring bumuo ng pinakamahabang distansya at pinakamalaking network ng sensor ng kapasidad sa kasalukuyan. Ang teknolohiya ng DFS ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa larangan ng pagsubaybay sa kaligtasan ng mga pangunahing pasilidad na may kaugnayan sa pambansang ekonomiya at kabuhayan ng mga tao, tulad ng mga power transmission cable, oil at gas pipelines, high-speed railways, tulay at tunnels. Gayunpaman, upang maisakatuparan ang DFS na may mahabang distansya, mataas na spatial na resolution at katumpakan ng pagsukat, mayroon pa ring mga hamon tulad ng malakihang mababang-katumpakan na mga rehiyon na dulot ng pagkawala ng fiber, spectral na pagpapalawak na dulot ng nonlinearity, at mga error sa system na dulot ng hindi lokalisasyon.
Ang teknolohiya ng DRA batay sa high-end na DFB-RFL ay may mga natatanging katangian tulad ng flat gain, mababang ingay, at mahusay na katatagan, at maaaring gumanap ng mahalagang papel sa mga aplikasyon ng DFS. Una, ito ay inilapat sa BOTDA upang masukat ang temperatura o strain na inilapat sa optical fiber. Ang pang-eksperimentong aparato ay ipinapakita sa Figure 14(a), kung saan ang isang hybrid na paraan ng pumping ng isang second-order random laser at isang first-order na low-noise LD ay ginagamit. Ang mga eksperimentong resulta ay nagpapakita na ang BOTDA system na may haba na 154.4 km ay may spatial na resolusyon na 5 m at isang katumpakan ng temperatura na ±1.4 ℃, tulad ng ipinapakita sa Figure 14(b) at (c). Bilang karagdagan, ang high-end na DFB-RFL DRA na teknolohiya ay inilapat upang mapataas ang sensing distance ng isang phase-sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR) para sa vibration/disturbance detection, na nakakamit ng record sensing distance na 175 km 25 m spatial na resolusyon. Noong 2019, sa pamamagitan ng paghahalo ng forward second-order RFLA at backward third-order fiber random laser amplification, FU Y et al. pinalawig ang sensing range ng repeater-less BOTDA hanggang 175 km. Sa pagkakaalam natin, ang sistemang ito ay naiulat sa ngayon. Ang pinakamahabang distansya at pinakamataas na kalidad na kadahilanan (Figure of Merit, FoM) ng BOTDA nang walang repeater. Ito ang unang pagkakataon na ang third-order fiber random laser amplification ay inilapat sa isang distributed optical fiber sensing system. Ang pagsasakatuparan ng sistemang ito ay nagpapatunay na ang high-order fiber random laser amplification ay maaaring magbigay ng mataas at flat gain distribution, at may matitiis na antas ng ingay.