Penerapan Laser Serat Acak dalam Penginderaan Terdistribusi

Pada tahun 2013, konsep baru DRA berdasarkan pompa DFB-RFL high-end diusulkan dan diverifikasi oleh eksperimen. Karena struktur rongga semi-terbuka yang unik dari DFB-RFL, mekanisme umpan baliknya hanya bergantung pada hamburan Rayleigh yang didistribusikan secara acak dalam serat. Struktur spektral dan daya keluaran laser acak orde 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 orde 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 gain 2,5 dB, diikuti oleh pemompaan laser acak orde kedua mundur (3,8 dB), sedangkan pemompaan laser acak maju mendekati orde pertama. pemompaan dua arah, masing-masing Pada 5,5 dB dan 4,9 dB, kinerja pemompaan DFB-RFL mundur memiliki fluktuasi gain dan gain rata-rata yang lebih rendah. Pada saat yang sama, angka kebisingan efektif dari pompa DFB-RFL maju di jendela transmisi transparan dalam percobaan ini adalah 2,3 dB lebih rendah dari pompa orde pertama dua arah dan 1,3 dB lebih rendah dari pompa orde dua dua arah . Dibandingkan dengan DRA konvensional, solusi ini memiliki keunggulan komprehensif yang jelas dalam menekan transfer kebisingan intensitas relatif dan mewujudkan transmisi/penginderaan seimbang rentang penuh, dan laser acak tidak sensitif terhadap suhu dan memiliki stabilitas yang baik. Oleh karena itu, DRA berdasarkan DFB-RFL high-end dapat memberikan amplifikasi seimbang terdistribusi rendah dan stabil untuk transmisi / penginderaan serat optik jarak jauh, dan memiliki potensi untuk mewujudkan transmisi dan penginderaan non-relay jarak jauh. .

Distributed Fiber Sensing (DFS), sebagai cabang penting di bidang teknologi penginderaan serat optik, memiliki keunggulan luar biasa sebagai berikut: Serat optik itu sendiri adalah sensor, pengintegrasian penginderaan dan transmisi; itu dapat terus menerus merasakan suhu setiap titik pada jalur serat optik Distribusi spasial dan informasi perubahan parameter fisik seperti, regangan, dll .; satu serat optik dapat memperoleh hingga ratusan ribu titik informasi sensor, yang dapat membentuk jaringan sensor jarak terjauh dan kapasitas terbesar saat ini. Teknologi DFS memiliki prospek aplikasi yang luas di bidang pemantauan keselamatan fasilitas utama yang terkait dengan ekonomi nasional dan kehidupan masyarakat, seperti kabel transmisi listrik, pipa minyak dan gas, kereta api berkecepatan tinggi, jembatan dan terowongan. Namun, untuk mewujudkan DFS dengan jarak jauh, resolusi spasial dan akurasi pengukuran yang tinggi, masih ada tantangan seperti daerah presisi rendah skala besar yang disebabkan oleh hilangnya serat, pelebaran spektral yang disebabkan oleh nonlinier, dan kesalahan sistem yang disebabkan oleh non-lokalisasi.
Teknologi DRA berbasis DFB-RFL high-end memiliki sifat unik seperti flat gain, low noise, 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 hibrid laser acak orde kedua dan LD derau 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 yang ditunjukkan pada Gambar 14(b) dan (c). Selain itu, teknologi DFB-RFL DRA kelas atas diterapkan untuk meningkatkan jarak penginderaan dari reflectometer domain waktu optik fase-sensitif (Φ-OTDR) untuk deteksi getaran/gangguan, mencapai rekor jarak penginderaan 175 km 25 m resolusi spasial. Pada tahun 2019, melalui pencampuran RFLA orde kedua maju dan amplifikasi laser acak serat orde ketiga mundur, FU Y et al. 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 (Gambar 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 orde tinggi dapat memberikan distribusi gain yang tinggi dan datar, dan memiliki tingkat kebisingan yang dapat ditoleransi.