Penerapan Fiber Random Laser dalam Penginderaan Terdistribusi

Pada tahun 2013, konsep baru DRA berdasarkan pompa DFB-RFL kelas atas diusulkan dan diverifikasi melalui eksperimen. Karena struktur rongga semi terbuka yang unik dari DFB-RFL, mekanisme umpan baliknya hanya bergantung pada hamburan Rayleigh yang didistribusikan secara acak di dalam serat. Struktur spektral dan daya keluaran laser acak tingkat tinggi yang dihasilkan menunjukkan ketidakpekaan suhu yang sangat baik, sehingga DFB-RFL kelas atas dapat membentuk sumber pompa terdistribusi penuh dengan kebisingan rendah yang sangat stabil. Eksperimen yang ditunjukkan pada Gambar 13(a) memverifikasi konsep amplifikasi Raman terdistribusi berdasarkan DFB-RFL tingkat tinggi, dan Gambar 13(b) menunjukkan distribusi penguatan dalam keadaan transmisi transparan di bawah daya pompa yang berbeda. Dapat dilihat dari perbandingan bahwa pemompaan orde kedua dua arah adalah yang terbaik, dengan kerataan penguatan 2,5 dB, diikuti oleh pemompaan laser acak orde kedua ke belakang (3,8 dB), sedangkan pemompaan laser acak ke depan mendekati pemompaan laser orde pertama. pemompaan dua arah, masing-masing Pada 5,5 dB dan 4,9 dB, kinerja pemompaan DFB-RFL mundur memiliki penguatan rata-rata yang lebih rendah dan fluktuasi penguatan. Pada saat yang sama, angka kebisingan efektif pompa DFB-RFL maju di jendela transmisi transparan dalam percobaan ini adalah 2,3 dB lebih rendah dibandingkan pompa orde pertama dua arah dan 1,3 dB lebih rendah dibandingkan pompa orde dua dua arah. . Dibandingkan dengan DRA konvensional, solusi ini memiliki keunggulan komprehensif yang jelas dalam menekan perpindahan kebisingan intensitas relatif dan mewujudkan transmisi/penginderaan seimbang jangkauan penuh, dan laser acak tidak sensitif terhadap suhu dan memiliki stabilitas yang baik. Oleh karena itu, DRA berdasarkan DFB-RFL kelas atas dapat memberikan amplifikasi seimbang terdistribusi dengan kebisingan rendah dan stabil untuk transmisi/penginderaan serat optik jarak jauh, dan memiliki potensi untuk mewujudkan transmisi dan penginderaan non-relai jarak sangat jauh .

Distributed Fiber Sensing (DFS), sebagai cabang penting dalam bidang teknologi penginderaan serat optik, memiliki keunggulan luar biasa sebagai berikut: Serat optik itu sendiri adalah sensor, yang mengintegrasikan penginderaan dan transmisi; ia dapat terus merasakan suhu setiap titik pada jalur serat optik. Distribusi spasial dan mengubah informasi parameter fisik seperti regangan, dll.; satu serat optik dapat memperoleh hingga ratusan ribu titik informasi sensor, yang dapat membentuk jaringan sensor jarak terjauh dan berkapasitas terbesar saat ini. Teknologi DFS memiliki prospek penerapan yang luas di bidang pemantauan keselamatan fasilitas-fasilitas utama yang berkaitan dengan perekonomian nasional dan penghidupan masyarakat, seperti kabel transmisi listrik, jaringan pipa minyak dan gas, kereta api kecepatan tinggi, jembatan dan terowongan. Namun untuk mewujudkan DFS dengan jarak jauh, resolusi spasial tinggi dan akurasi pengukuran, masih terdapat tantangan seperti daerah berpresisi rendah berskala besar yang disebabkan oleh hilangnya serat, perluasan spektral yang disebabkan oleh nonlinier, dan kesalahan sistem yang disebabkan oleh non-lokalisasi.
Teknologi DRA berdasarkan DFB-RFL kelas atas memiliki sifat unik seperti penguatan datar, kebisingan rendah, dan stabilitas yang baik, serta dapat memainkan peran penting dalam aplikasi DFS. Pertama, diterapkan pada BOTDA untuk mengukur suhu atau regangan yang diterapkan pada serat optik. Perangkat eksperimental ditunjukkan pada Gambar 14 (a), di mana metode pemompaan hibrida dari laser acak orde kedua dan LD kebisingan rendah orde pertama digunakan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem BOTDA dengan panjang 154,4 km memiliki resolusi spasial 5 m dan akurasi suhu ±1,4 ℃, seperti terlihat pada Gambar 14(b) dan (c). Selain itu, teknologi DFB-RFL DRA kelas atas diterapkan untuk meningkatkan jarak penginderaan reflektometer domain waktu optik sensitif fase (Φ-OTDR) untuk deteksi getaran/gangguan, sehingga mencapai rekor jarak penginderaan spasial 175 km 25 m. resolusi. Pada tahun 2019, melalui pencampuran RFLA orde kedua maju dan amplifikasi laser acak serat orde ketiga mundur, FU Y dkk. memperluas jangkauan penginderaan BOTDA tanpa repeater hingga 175 km. Sejauh yang kami tahu, sistem ini telah dilaporkan sejauh ini. Jarak terjauh dan faktor kualitas tertinggi (Figur Merit, FoM) BOTDA tanpa repeater. Ini adalah pertama kalinya amplifikasi laser acak serat orde ketiga diterapkan pada sistem penginderaan serat optik terdistribusi. Realisasi sistem ini menegaskan bahwa amplifikasi laser acak serat tingkat tinggi dapat memberikan distribusi penguatan yang tinggi dan datar, serta memiliki tingkat kebisingan yang dapat ditoleransi.