تطبيق الليزر العشوائي الليفي في الاستشعار الموزع

في عام 2013 ، تم اقتراح مفهوم جديد لـ DRA يعتمد على مضخة DFB-RFL المتطورة والتحقق منها بالتجارب. نظرًا للهيكل الفريد من نوعه للتجويف شبه المفتوح لـ DFB-RFL ، فإن آلية التغذية المرتدة الخاصة به تعتمد فقط على تشتت Rayleigh الموزع عشوائيًا في الألياف. يُظهر الهيكل الطيفي وقوة الخرج للليزر العشوائي عالي الترتيب المنتج حساسية ممتازة لدرجة الحرارة ، لذلك يمكن أن يشكل DFB-RFL المتطور مصدرًا مستقرًا منخفض الضوضاء وموزعًا بالكامل لمضخة. تتحقق التجربة الموضحة في الشكل 13 (أ) من مفهوم تضخيم رامان الموزع بناءً على ترتيب DFB-RFL عالي المستوى ، 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 تسطيح كسب قدره 2.5 ديسيبل ، متبوعًا بضخ ليزر عشوائي من الدرجة الثانية للخلف (3.8 ديسيبل) ، في حين أن ضخ الليزر العشوائي الأمامي قريب من الدرجة الأولى الضخ ثنائي الاتجاه ، على التوالي عند 5.5 ديسيبل و 4.9 ديسيبل ، يكون أداء ضخ DFB-RFL العكسي أقل متوسط ​​الكسب وتقلب الكسب. في الوقت نفسه ، يكون عامل الضوضاء الفعال لمضخة DFB-RFL الأمامية في نافذة النقل الشفافة في هذه التجربة أقل بمقدار 2.3 ديسيبل من المضخة ثنائية الاتجاه من الدرجة الأولى و 1.3 ديسيبل أقل من المضخة ثنائية الاتجاه من الدرجة الثانية . مقارنةً بـ DRA التقليدي ، يتمتع هذا الحل بمزايا شاملة واضحة في قمع نقل ضوضاء الكثافة النسبية وتحقيق نقل / استشعار متوازن كامل النطاق ، والليزر العشوائي غير حساس لدرجة الحرارة ولديه استقرار جيد. لذلك ، يمكن أن يكون DRA المستند إلى DFB-RFL المتطورة يوفر ضوضاء منخفضة وتضخيمًا متوازنًا مستقرًا وموزعًا لنقل / استشعار الألياف الضوئية لمسافات طويلة ، ولديه القدرة على تحقيق نقل واستشعار بعيد المدى بدون مرحل .

يتمتع الاستشعار بالألياف الموزعة (DFS) ، باعتباره فرعًا مهمًا في مجال تقنية استشعار الألياف الضوئية ، بالمزايا البارزة التالية: الألياف الضوئية نفسها عبارة عن جهاز استشعار يدمج الاستشعار والنقل ؛ يمكن أن تستشعر باستمرار درجة حرارة كل نقطة على مسار الألياف الضوئية. التوزيع المكاني وتغيير معلومات المعلمات الفيزيائية مثل الإجهاد ، إلخ ؛ يمكن للألياف الضوئية الفردية الحصول على ما يصل إلى مئات الآلاف من نقاط معلومات المستشعر ، والتي يمكن أن تشكل أطول شبكة استشعار وأكبر سعة في الوقت الحالي. تتمتع تقنية DFS بآفاق تطبيق واسعة في مجال مراقبة السلامة للمرافق الرئيسية المتعلقة بالاقتصاد الوطني ومعيشة الناس ، مثل كابلات نقل الطاقة وأنابيب النفط والغاز والسكك الحديدية عالية السرعة والجسور والأنفاق. ومع ذلك ، لتحقيق DFS بمسافة طويلة ، واستبانة مكانية عالية ودقة قياس ، لا تزال هناك تحديات مثل المناطق منخفضة الدقة على نطاق واسع بسبب فقدان الألياف ، والتوسع الطيفي الناجم عن اللاخطية ، وأخطاء النظام الناتجة عن عدم التوطين.
تتميز تقنية DRA المستندة إلى DFB-RFL المتطورة بخصائص فريدة مثل الكسب المسطح والضوضاء المنخفض والاستقرار الجيد ، ويمكن أن تلعب دورًا مهمًا في تطبيقات DFS. أولاً ، يتم تطبيقه على BOTDA لقياس درجة الحرارة أو الانفعال المطبق على الألياف الضوئية. يظهر الجهاز التجريبي في الشكل 14 (أ) ، حيث يتم استخدام طريقة ضخ هجينة من ليزر عشوائي من الدرجة الثانية و LD منخفض الضوضاء من الدرجة الأولى. تظهر النتائج التجريبية أن نظام BOTDA بطول 154.4 كم له استبانة مكانية تبلغ 5 أمتار ودقة درجة حرارة تبلغ 1.4 ± „، كما هو موضح في الشكل 14 (ب) و (ج). بالإضافة إلى ذلك ، تم تطبيق تقنية DFB-RFL DRA المتطورة لزيادة مسافة الاستشعار لمقياس انعكاس مجال الوقت البصري الحساس للطور (Φ-OTDR) لاكتشاف الاهتزاز / الاضطراب ، مما يحقق مسافة استشعار قياسية تبلغ 175 كم 25 م الدقة المكاني. في عام 2019 ، من خلال خلط RFLA من الدرجة الثانية إلى الأمام وتضخيم الليزر العشوائي للألياف من الدرجة الثالثة ، FU Y et al. مدد نطاق الاستشعار لـ BOTDA بدون مكرر إلى 175 كم. بقدر ما نعلم ، تم الإبلاغ عن هذا النظام حتى الآن. أطول مسافة وأعلى عامل جودة (شكل الجدارة ، رغوة) من BOTDA بدون مكرر. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تطبيق تضخيم ليزر عشوائي من الدرجة الثالثة على نظام استشعار الألياف الضوئية الموزع. يؤكد تحقيق هذا النظام أن تضخيم الليزر العشوائي عالي المستوى للألياف يمكن أن يوفر توزيعًا عاليًا ومستويًا للكسب ، وله مستوى ضوضاء مقبول.