การประยุกต์ใช้ไฟเบอร์สุ่มเลเซอร์ในการตรวจจับแบบกระจาย

ในปี 2013 แนวคิดใหม่ของ DRA ที่ใช้ปั๊ม DFB-RFL ระดับไฮเอนด์ได้รับการเสนอและตรวจสอบโดยการทดลอง เนื่องจากโครงสร้างช่องกึ่งเปิดที่เป็นเอกลักษณ์ของ DFB-RFL กลไกป้อนกลับจึงอาศัยเฉพาะการกระจายแบบสุ่มของ Rayleigh ในไฟเบอร์เท่านั้น โครงสร้างสเปกตรัมและกำลังขับของเลเซอร์สุ่มลำดับสูงที่ผลิตขึ้นนั้นมีความไวต่ออุณหภูมิที่ดีเยี่ยม ดังนั้น DFB-RFL ระดับไฮเอนด์จึงสามารถสร้างแหล่งกำเนิดปั๊มที่มีสัญญาณรบกวนต่ำอย่างทั่วถึงและมีความเสถียรมาก การทดลองที่แสดงในรูปที่ 13(a) ตรวจสอบแนวคิดของการขยายสัญญาณรามันแบบกระจายตาม DFB-RFL ที่มีลำดับสูงและรูปที่ 13(b) แสดงการกระจายเกนในสถานะการส่งผ่านแบบโปร่งใสภายใต้กำลังของปั๊มที่แตกต่างกัน จะเห็นได้จากการเปรียบเทียบว่าการสูบน้ำอันดับสองแบบสองทิศทางนั้นดีที่สุด โดยมีค่าความเรียบของอัตราขยาย 2.5 เดซิเบล รองลงมาคือปั๊มเลเซอร์ลำดับที่สองแบบย้อนหลัง (3.8 เดซิเบล) ในขณะที่การสูบน้ำด้วยเลเซอร์แบบสุ่มแบบไปข้างหน้านั้นใกล้เคียงกับลำดับที่หนึ่ง การสูบน้ำแบบสองทิศทางตามลำดับ ที่ 5.5 dB และ 4.9 dB ประสิทธิภาพการสูบน้ำแบบย้อนกลับ DFB-RFL คืออัตราขยายเฉลี่ยที่ต่ำกว่าและความผันผวนของอัตราขยาย ในเวลาเดียวกัน ตัวเลขสัญญาณรบกวนที่มีประสิทธิภาพของปั๊ม DFB-RFL ไปข้างหน้าในหน้าต่างเกียร์โปร่งใสในการทดลองนี้ต่ำกว่าปั๊มอันดับหนึ่งแบบสองทิศทาง 2.3 dB และต่ำกว่าปั๊มอันดับสองแบบสองทิศทาง 1.3 dB . เมื่อเทียบกับ DRA ทั่วไป โซลูชันนี้มีข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมอย่างเห็นได้ชัดในการระงับการถ่ายโอนสัญญาณรบกวนจากความเข้มสัมพัทธ์และการรับส่งข้อมูล/การตรวจจับที่สมดุลแบบเต็มช่วง และเลเซอร์แบบสุ่มจะไม่ไวต่ออุณหภูมิและมีเสถียรภาพที่ดี ดังนั้น DRA ที่อิงจาก DFB-RFL ระดับไฮเอนด์จึงสามารถให้แอมพลิฟายเออร์ที่สมดุลแบบกระจายสัญญาณรบกวนต่ำและเสถียรสำหรับการส่ง/การตรวจจับไฟเบอร์ออปติกทางไกล และมีศักยภาพที่จะรับรู้การส่งและการตรวจจับแบบ non-relay ทางไกลพิเศษ .

Distributed Fiber Sensing (DFS) ซึ่งเป็นสาขาสำคัญในด้านเทคโนโลยีการตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติก มีข้อดีที่โดดเด่นดังนี้: ไฟเบอร์ออปติกเป็นเซ็นเซอร์ที่รวมการตรวจจับและการส่งผ่าน สามารถรับรู้อุณหภูมิของแต่ละจุดบนเส้นทางใยแก้วนำแสงอย่างต่อเนื่อง การกระจายเชิงพื้นที่และการเปลี่ยนแปลงข้อมูลของพารามิเตอร์ทางกายภาพ เช่น ความเครียด ฯลฯ ใยแก้วนำแสงเพียงเส้นเดียวสามารถรับข้อมูลเซ็นเซอร์ได้มากถึงหลายแสนจุด ซึ่งสามารถสร้างเครือข่ายเซ็นเซอร์ระยะทางที่ยาวที่สุดและความจุที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน เทคโนโลยี DFS มีโอกาสนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านการตรวจสอบความปลอดภัยของโรงงานหลักที่เกี่ยวข้องกับเศรษฐกิจของประเทศและการดำรงชีวิตของผู้คน เช่น สายส่งไฟฟ้า ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ รถไฟความเร็วสูง สะพาน และอุโมงค์ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เกิด DFS ที่มีระยะทางไกล ความละเอียดเชิงพื้นที่สูง และความแม่นยำในการวัด ยังมีความท้าทายอยู่ เช่น บริเวณที่มีความแม่นยำต่ำขนาดใหญ่ที่เกิดจากการสูญเสียเส้นใย การขยายสเปกตรัมที่เกิดจากความไม่เป็นเชิงเส้น และข้อผิดพลาดของระบบที่เกิดจากการไม่ระบุตำแหน่ง
เทคโนโลยี DRA ที่ใช้ DFB-RFL ระดับไฮเอนด์มีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น อัตราขยายที่ราบเรียบ สัญญาณรบกวนต่ำ และความเสถียรที่ดี และสามารถมีบทบาทสำคัญในแอปพลิเคชัน DFS ขั้นแรก นำไปใช้กับ BOTDA เพื่อวัดอุณหภูมิหรือความเครียดที่ใช้กับใยแก้วนำแสง อุปกรณ์ทดลองแสดงไว้ในรูปที่ 14(a) ซึ่งใช้วิธีการสูบน้ำแบบไฮบริดของเลเซอร์สุ่มอันดับสองและ LD ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำอันดับที่หนึ่ง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบ BOTDA ที่มีความยาว 154.4 กม. มีความละเอียดเชิงพื้นที่ 5 ม. และความแม่นยำของอุณหภูมิที่ ±1.4 ℃ ดังแสดงในรูปที่ 14(b) และ (c) นอกจากนี้ เทคโนโลยี DFB-RFL DRA ระดับไฮเอนด์ยังถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มระยะการตรวจจับของตัวสะท้อนแสงโดเมนเวลาแบบออปติคัลที่ไวต่อเฟส (Φ-OTDR) สำหรับการตรวจจับการสั่นสะเทือน/การรบกวน โดยได้ระยะการตรวจจับที่บันทึกที่ 175 กม. 25 ม. ความละเอียดเชิงพื้นที่ ในปี 2019 ด้วยการผสมผสาน RFLA ลำดับที่สองไปข้างหน้าและการขยายเลเซอร์แบบสุ่มลำดับที่สามแบบย้อนหลัง FU Y และคณะ ขยายระยะการตรวจจับของ BOTDA แบบไม่มีทวนสัญญาณเป็น 175 กม. เท่าที่เราทราบ ระบบนี้ได้รับการรายงานไปแล้ว ระยะทางที่ยาวที่สุดและปัจจัยด้านคุณภาพสูงสุด (Figure of Merit, FoM) ของ BOTDA ที่ไม่มีตัวทำซ้ำ นี่เป็นครั้งแรกที่มีการนำการขยายสัญญาณด้วยเลเซอร์แบบสุ่มด้วยไฟเบอร์ลำดับที่สามกับระบบตรวจจับไฟเบอร์ออปติกแบบกระจาย การทำให้ระบบนี้เป็นจริงเป็นการยืนยันว่าการขยายสัญญาณด้วยเลเซอร์แบบสุ่มด้วยไฟเบอร์ระดับสูงสามารถให้การกระจายเกนที่สูงและแบนราบ และมีระดับเสียงรบกวนที่ยอมรับได้