تطبيق الليزر العشوائي بالألياف في استشعار النقاط لمسافات طويلة جدًا

بطريقة عشوائيةتوزيع ألياف الليزر التغذية المرتدةبناءً على كسب رامان ، تم التأكد من أن طيف الإخراج الخاص به واسع ومستقر في ظل ظروف بيئية مختلفة ، وموضع طيف الليزر وعرض النطاق الترددي للتجويف نصف المفتوح DFB-RFL هو نفسه جهاز التغذية المرتدة للنقطة المضافة. مترابط. إذا تغيرت الخصائص الطيفية للمرآة النقطية (مثل FBG) مع البيئة الخارجية ، فإن طيف الليزر الخاص بليزر الألياف العشوائي سيتغير أيضًا. بناءً على هذا المبدأ ، يمكن استخدام ليزر الألياف العشوائية لتحقيق وظائف استشعار النقاط لمسافات طويلة جدًا.

في العمل البحثي الذي تم الإبلاغ عنه في عام 2012 ، من خلال مصدر ضوء DFB-RFL وانعكاس FBG ، يمكن إنشاء ضوء ليزر عشوائي في ألياف بصرية بطول 100 كيلومتر. من خلال التصميمات الهيكلية المختلفة ، يمكن تحقيق إخراج الليزر من الدرجة الأولى والثانية على التوالي ، كما هو موضح في الشكل 15 (أ). بالنسبة للهيكل من الدرجة الأولى ، فإن ملفمصدر المضخةعبارة عن ليزر مقاس 1 365 نانومتر ، ويتم وضع مستشعر FBG يطابق الطول الموجي لضوء Stokes من الدرجة الأولى (1 455 نانومتر) على الطرف الآخر من الألياف. يشتمل الهيكل من الدرجة الثانية على مرآة FBG بقياس 1 455 نانومتر ، والتي يتم وضعها في نهاية المضخة لتسهيل إنشاء الليزر ، ويتم وضع مستشعر FBG البالغ 1560 نانومتر في الطرف البعيد من الألياف. يتم إخراج ضوء الليزر المتولد في نهاية المضخة ، ويمكن تحقيق استشعار درجة الحرارة عن طريق قياس تغير الطول الموجي للضوء المنبعث. تظهر العلاقة النموذجية بين الطول الموجي لليزر ودرجة حرارة FBG في الشكل 15 (ب).

السبب الذي يجعل هذا المخطط جذابًا للغاية في التطبيقات العملية هو: أولاً وقبل كل شيء ، عنصر الاستشعار هو جهاز سلبي خالص ، ويمكن أن يكون بعيدًا عن مزيل التشكيل (أكثر من 100 كيلومتر) ، والذي يستخدم في العديد من الفترات الطويلة جدًا بيئات تطبيق المسافة. (مثل مراقبة سلامة خطوط الطاقة وأنابيب النفط والغاز ومسارات السكك الحديدية عالية السرعة وما إلى ذلك) أمر لا بد منه ؛ بالإضافة إلى ذلك ، تنعكس المعلومات المراد قياسها في مجال الطول الموجي ، والذي يتم تحديده فقط من خلال الطول الموجي المركزي لمستشعر FBG ، مما يجعل النظام في مصدر طاقة المضخة أو استشعار الألياف الضوئية يمكن تثبيته عند تغير الخسارة ؛ أخيرًا ، تصل نسب الإشارة إلى الضوضاء لأطياف الليزر من الرتبة الأولى والثانية إلى dB 20 و dB 35 ، على التوالي ، مما يشير إلى أن المسافة الحدية التي يمكن أن يستشعرها النظام تتجاوز بكثير 100 km. لذلك ، فإن الاستقرار الحراري الجيد والاستشعار لمسافات طويلة جدًا يجعل DFB-RFL نظام استشعار عالي الأداء بالألياف الضوئية.
تم أيضًا تنفيذ نظام استشعار 200 كم مشابه للطريقة المذكورة أعلاه ، كما هو موضح في الشكل 16. تظهر نتائج البحث أنه نظرًا لمسافة الاستشعار الطويلة للنظام ، فإن نسبة الإشارة إلى الضوضاء لإشارة المستشعر المنعكس هي 17 ديسيبل في أفضل الحالات ، 10 ديسيبل في الحالة الأسوأ ، وحساسية درجة الحرارة هي 11.3 مساءً / â. يمكن للنظام أن يحقق قياسًا متعدد الأطوال الموجية ، مما يوفر إمكانية قياس معلومات درجة الحرارة لـ 11 نقطة في نفس الوقت. ويمكن زيادة هذا العدد. كما هو مذكور في الأدبيات ، يمكن أن يعمل الليزر العشوائي الليفي المعتمد على 22 FBGs عند 22 طولًا موجيًا مختلفًا. ومع ذلك ، يتطلب الحل زوجًا من الألياف الضوئية متساوية الطول ، ويتضاعف الطلب على موارد الألياف الضوئية مقارنة بالطريقة المذكورة أعلاه.

في عام 2016 ، عن بعدمضخم الضخ البصري، ROPA في اتصالات الألياف الضوئية ، باستخدام الكسب المختلط للكسب النشط في الألياف النشطة وراماناكتساب الألياف أحادية الوضع والتحليل النظري الشامل والتحقق التجريبي. يتم تقديم RFL لمسافات طويلة على أساس الألياف النشطة في النطاق 1.5 ميكرومتر ، كما هو موضح في الشكل 17 (أ). بالإضافة إلى ذلك ، يعمل نظام الليزر العشوائي أيضًا بشكل جيد في استشعار النقاط بعيدة المدى. خذ مستشعر درجة الحرارة من نوع النقطة كمثال. الطول الموجي الذروة لنهاية خرج الليزر العشوائي لهذا الهيكل له علاقة خطية مع درجة الحرارة المضافة إلى FBG ، ونظام الاستشعار له وظيفة مضاعفة تقسيم الطول الموجي ، كما هو موضح في الشكل 17 (ب) و (ج) كما هو موضح. على وجه الخصوص ، بالمقارنة مع الهيكل السابق ، فإن هذا المخطط له عتبة أقل ونسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى.

في البحث المستقبلي ، من خلال تصميم طرق ضخ ومرايا مختلفة ، من المتوقع أن يتم تحقيق نظام استشعار نقطي عشوائى بألياف الليزر لمسافات طويلة للغاية مع أداء فائق.