Anwendung von Faserzufallslasern in der Ultra-Langstrecken-Punkterfassung

Nach dem ZufallsprinzipFaserlaser mit verteilter RückkopplungBasierend auf der Raman-Verstärkung wurde bestätigt, dass sein Ausgangsspektrum unter verschiedenen Umgebungsbedingungen breit und stabil ist, und die Position und Bandbreite des Laserspektrums des DFB-RFL mit halboffenem Hohlraum ist die gleiche wie beim hinzugefügten Punktrückkopplungsgerät. Die Spektren sind hoch korreliert. Wenn sich die spektralen Eigenschaften des Punktspiegels (z. B. FBG) mit der äußeren Umgebung ändern, ändert sich auch das Laserspektrum des Faser-Zufallslasers. Basierend auf diesem Prinzip können Faser-Random-Laser verwendet werden, um Punkterfassungsfunktionen über extrem große Entfernungen zu realisieren.

In den im Jahr 2012 berichteten Forschungsarbeiten kann durch eine DFB-RFL-Lichtquelle und FBG-Reflexion zufälliges Laserlicht in einer 100 km langen Glasfaser erzeugt werden. Durch unterschiedliche konstruktive Gestaltungen kann die Laserausgabe erster Ordnung bzw. zweiter Ordnung realisiert werden, wie in Abbildung 15(a) gezeigt. Für die Struktur erster Ordnung, diePumpquelleist ein 1.365-nm-Laser, und am anderen Ende der Faser befindet sich ein FBG-Sensor, der auf die Wellenlänge des Stokes-Lichts erster Ordnung (1.455 nm) abgestimmt ist. Die Struktur zweiter Ordnung umfasst einen FBG-Spiegel mit einem 1455-nm-Fleck, der am Pumpende platziert ist, um die Erzeugung von Laserlicht zu erleichtern, und der 1560-nm-FBG-Sensor befindet sich am anderen Ende der Faser. Das erzeugte Laserlicht wird am Pumpenende ausgegeben, und eine Temperaturerfassung kann durch Messen der Wellenlängenänderung des emittierten Lichts realisiert werden. Die typische Beziehung zwischen der Laserwellenlänge und der Temperatur des FBG ist in Abbildung 15(b) dargestellt.

Der Grund, warum dieses Schema in praktischen Anwendungen sehr attraktiv ist, ist: Erstens ist das Sensorelement ein rein passives Gerät, und es kann weit entfernt vom Demodulator sein (mehr als 100 km), der in vielen Ultra-Long verwendet wird -Fernanwendungsumgebungen. (z. B. Sicherheitsüberwachung von Stromleitungen, Öl- und Gaspipelines, Hochgeschwindigkeitsschienen usw.) ist ein Muss; Außerdem wird die zu messende Information im Wellenlängenbereich reflektiert, der nur durch die Mittenwellenlänge des FBG-Sensors bestimmt wird, wodurch das System in der Pumpquellenleistung oder der optischen Fasererfassung stabilisiert werden kann, wenn sich der Verlust ändert; Schließlich sind die Signal-Rausch-Verhältnisse der Laserspektren erster und zweiter Ordnung so hoch wie 20 dB bzw. 35 dB, was darauf hinweist, dass die Grenzentfernung, die das System erfassen kann, weit über 100 km liegt. Daher machen die gute thermische Stabilität und die Ultra-Long-Distance-Erfassung das DFB-RFL zu einem Hochleistungs-Glasfaser-Erfassungssystem.
Ein dem obigen Verfahren ähnliches 200-km-Punkterfassungssystem wurde ebenfalls implementiert, wie in Abbildung 16 gezeigt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass aufgrund der großen Erfassungsreichweite des Systems das Signal-Rausch-Verhältnis des reflektierten Sensorsignals geringer ist 17 dB im besten Fall, 10 dB im schlechtesten Fall, und die Temperaturempfindlichkeit beträgt 11,3 pm/℃. Das System kann Multiwellenlängenmessungen realisieren, was die Möglichkeit bietet, die Temperaturinformationen von 11 Punkten gleichzeitig zu messen. Und diese Zahl kann erhöht werden. Wie in der Literatur erwähnt, kann ein Faserzufallslaser auf Basis von 22 FBGs bei 22 verschiedenen Wellenlängen arbeiten. Die Lösung erfordert jedoch ein Paar Lichtwellenleiter gleicher Länge, und der Bedarf an Lichtwellenleiter-Ressourcen wird im Vergleich zu dem vorgenannten Verfahren verdoppelt.

Im Jahr 2016 entferntOptischer Pumpverstärker, ROPA in der Glasfaserkommunikation, mit der gemischten Verstärkung der aktiven Verstärkung in der aktiven Faser undRamanGewinn in Singlemode-Fasern, umfassende theoretische Analyse und experimentelle Überprüfung. Wie in Abbildung 17(a) dargestellt, wird ein Langstrecken-RFL basierend auf aktiver Faser im 1,5-µm-Band dargestellt. Darüber hinaus leistet das Zufallslasersystem auch bei der Punkterfassung über große Entfernungen gute Dienste. Nehmen wir als Beispiel den Punkttemperatursensor. Die Spitzenwellenlänge des zufälligen Laserausgangsendes dieser Struktur hat eine lineare Beziehung zu der dem FBG hinzugefügten Temperatur, und das Sensorsystem hat eine Wellenlängenmultiplexfunktion, wie in 17(b) und (c) gezeigt. Insbesondere hat dieses Schema im Vergleich zur vorherigen Struktur eine niedrigere Schwelle und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis.

In der zukünftigen Forschung wird erwartet, dass durch die Entwicklung verschiedener Pumpmethoden und Spiegel ein Faser-Zufallslaser-Punkterfassungssystem mit ultralanger Distanz und überlegener Leistung realisiert wird.