تطبيق ليزر الألياف العشوائي في الاستشعار الموزع

في عام 2013، تم اقتراح مفهوم جديد لـ DRA يعتمد على مضخة DFB-RFL المتطورة وتم التحقق منه من خلال التجارب. نظرًا للبنية التجويفية شبه المفتوحة الفريدة لـ DFB-RFL، فإن آلية التغذية المرتدة الخاصة بها تعتمد فقط على تشتت رايلي الموزع عشوائيًا في الألياف. يُظهر الهيكل الطيفي وقدرة الخرج لليزر العشوائي عالي الترتيب عدم حساسية ممتازة لدرجة الحرارة، لذلك يمكن أن يشكل DFB-RFL المتطور مصدر مضخة مستقر للغاية ومنخفض الضوضاء وموزع بالكامل. تتحقق التجربة الموضحة في الشكل 13 (أ) من مفهوم تضخيم رامان الموزع استنادًا إلى DFB-RFL عالي الترتيب، ويوضح الشكل 13 (ب) توزيع الكسب في حالة النقل الشفافة تحت قوى المضخة المختلفة. يمكن أن نرى من المقارنة أن الضخ ثنائي الاتجاه من الدرجة الثانية هو الأفضل، مع كسب تسطيح قدره 2.5 ديسيبل، يليه ضخ ليزر عشوائي من الدرجة الثانية إلى الوراء (3.8 ديسيبل)، في حين أن ضخ الليزر العشوائي الأمامي قريب من الضخ الأول. الضخ ثنائي الاتجاه، على التوالي عند 5.5 ديسيبل و4.9 ديسيبل، يكون أداء الضخ الخلفي DFB-RFL أقل من متوسط ​​الكسب وتقلب الكسب. في الوقت نفسه، يكون رقم الضوضاء الفعال لمضخة DFB-RFL الأمامية في نافذة النقل الشفافة في هذه التجربة أقل بمقدار 2.3 ديسيبل من مضخة الدرجة الأولى ثنائية الاتجاه وأقل بمقدار 1.3 ديسيبل من مضخة الدرجة الثانية ثنائية الاتجاه . بالمقارنة مع DRA التقليدي، يتمتع هذا الحل بمزايا شاملة واضحة في قمع نقل الضوضاء ذات الكثافة النسبية وتحقيق إرسال/استشعار متوازن كامل المدى، والليزر العشوائي غير حساس لدرجة الحرارة ويتمتع باستقرار جيد. لذلك، يمكن أن يكون DRA المستند إلى DFB-RFL المتطور يوفر تضخيمًا متوازنًا منخفض الضوضاء ومستقرًا لنقل / استشعار الألياف الضوئية لمسافات طويلة، ولديه القدرة على تحقيق إرسال واستشعار لمسافات طويلة جدًا بدون ترحيل .

يتمتع استشعار الألياف الموزعة (DFS)، باعتباره فرعًا مهمًا في مجال تكنولوجيا استشعار الألياف الضوئية، بالمزايا البارزة التالية: الألياف الضوئية نفسها عبارة عن مستشعر، يدمج الاستشعار والإرسال؛ يمكنه استشعار درجة حرارة كل نقطة بشكل مستمر على مسار الألياف الضوئية والتوزيع المكاني وتغيير معلومات المعلمات الفيزيائية مثل الضغط وما إلى ذلك؛ يمكن للألياف الضوئية الواحدة الحصول على ما يصل إلى مئات الآلاف من نقاط معلومات المستشعر، والتي يمكن أن تشكل أطول شبكة استشعار ذات مسافة وأكبر سعة في الوقت الحاضر. تتمتع تقنية DFS بآفاق تطبيق واسعة في مجال مراقبة سلامة المرافق الرئيسية المتعلقة بالاقتصاد الوطني ومعيشة الناس، مثل كابلات نقل الطاقة وخطوط أنابيب النفط والغاز والسكك الحديدية عالية السرعة والجسور والأنفاق. ومع ذلك، لتحقيق DFS لمسافات طويلة، ودقة مكانية عالية ودقة قياس، لا تزال هناك تحديات مثل المناطق منخفضة الدقة واسعة النطاق الناتجة عن فقدان الألياف، والتوسع الطيفي الناجم عن عدم الخطية، وأخطاء النظام الناجمة عن عدم التوطين.
تتمتع تقنية DRA المستندة إلى DFB-RFL المتطور بخصائص فريدة مثل الكسب المسطح والضوضاء المنخفضة والاستقرار الجيد، ويمكن أن تلعب دورًا مهمًا في تطبيقات DFS. أولاً، يتم تطبيقه على BOTDA لقياس درجة الحرارة أو الضغط المطبق على الألياف الضوئية. يظهر الجهاز التجريبي في الشكل 14 (أ)، حيث يتم استخدام طريقة ضخ هجينة لليزر العشوائي من الدرجة الثانية وLD منخفض الضوضاء من الدرجة الأولى. تظهر النتائج التجريبية أن نظام BOTDA الذي يبلغ طوله 154.4 كم يتمتع باستبانة مكانية تبلغ 5 أمتار ودقة درجة حرارة تبلغ ±1.4 درجة مئوية، كما هو مبين في الشكل 14(ب) و(ج). بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق تقنية DFB-RFL DRA المتطورة لزيادة مسافة الاستشعار لمقياس انعكاس المجال الزمني البصري الحساس للطور (Φ-OTDR) للكشف عن الاهتزاز/الاضطراب، مما يحقق مسافة استشعار قياسية تبلغ 175 كم 25 مترًا مكانيًا دقة. في عام 2019، من خلال المزج بين RFLA من الدرجة الثانية الأمامية وتضخيم الليزر العشوائي من الدرجة الثالثة من الألياف، FU Y et al. مدد نطاق الاستشعار لـ BOTDA بدون مكرر إلى 175 كم. وبقدر ما نعلم، تم الإبلاغ عن هذا النظام حتى الآن. أطول مسافة وأعلى عامل جودة (شكل الاستحقاق، FoM) لـ BOTDA بدون مكرر. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تطبيق تضخيم الليزر العشوائي للألياف من الدرجة الثالثة على نظام استشعار الألياف الضوئية الموزعة. يؤكد تحقيق هذا النظام أن التضخيم بالليزر العشوائي للألياف عالي الترتيب يمكن أن يوفر توزيعًا عاليًا ومسطحًا للكسب، وله مستوى ضوضاء مقبول.