การประยุกต์ใช้ไฟเบอร์สุ่มเลเซอร์ในการตรวจจับแบบกระจาย

ในปี 2013 แนวคิดใหม่ของ DRA ที่ใช้ปั๊ม DFB-RFL ระดับไฮเอนด์ได้รับการเสนอและตรวจสอบโดยการทดลอง เนื่องจากโครงสร้างช่องกึ่งเปิดอันเป็นเอกลักษณ์ของ DFB-RFL กลไกป้อนกลับจึงอาศัยการกระเจิงของ Rayleigh ที่กระจายแบบสุ่มในเส้นใยเท่านั้น โครงสร้างสเปกตรัมและกำลังเอาท์พุตของเลเซอร์สุ่มลำดับสูงที่ผลิตขึ้นแสดงถึงความไม่ไวต่ออุณหภูมิที่ดีเยี่ยม ดังนั้น DFB-RFL ระดับไฮเอนด์จึงสามารถสร้างแหล่งกำเนิดปั๊มที่มีสัญญาณรบกวนต่ำแบบกระจายเต็มที่ที่มีความเสถียรมาก การทดลองที่แสดงในรูปที่ 13(a) ตรวจสอบแนวคิดของการขยายสัญญาณรามานแบบกระจายโดยอิงตาม DFB-RFL ที่มีลำดับสูง และรูปที่ 13(b) แสดงการกระจายตัวของเกนในสถานะการส่งผ่านแบบโปร่งใสภายใต้กำลังของปั๊มที่แตกต่างกัน จากการเปรียบเทียบจะเห็นได้ว่าการปั๊มด้วยเลเซอร์ลำดับที่สองแบบสองทิศทางดีที่สุด โดยมีความเรียบเพิ่มขึ้นที่ 2.5 dB ตามด้วยการปั๊มเลเซอร์แบบสุ่มลำดับที่สองแบบย้อนกลับ (3.8 dB) ในขณะที่การปั๊มเลเซอร์แบบสุ่มไปข้างหน้านั้นใกล้เคียงกับลำดับที่หนึ่ง การสูบน้ำแบบสองทิศทางตามลำดับ ที่ 5.5 dB และ 4.9 dB ประสิทธิภาพการสูบน้ำ DFB-RFL แบบย้อนกลับจะมีอัตราขยายเฉลี่ยและความผันผวนของอัตราขยายต่ำกว่า ในเวลาเดียวกัน ค่าเสียงรบกวนที่มีประสิทธิผลของปั๊ม DFB-RFL ข้างหน้าในหน้าต่างการส่งผ่านแบบโปร่งใสในการทดลองนี้ต่ำกว่าของปั๊มลำดับที่หนึ่งแบบสองทิศทาง 2.3 dB และต่ำกว่าของปั๊มลำดับที่สองแบบสองทิศทาง 1.3 dB . เมื่อเปรียบเทียบกับ DRA แบบเดิม โซลูชันนี้มีข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมอย่างเห็นได้ชัดในการระงับการถ่ายโอนสัญญาณรบกวนที่มีความเข้มสัมพัทธ์ และทำให้เกิดการส่งผ่าน/การตรวจจับที่สมดุลแบบเต็มช่วง และเลเซอร์สุ่มไม่ไวต่ออุณหภูมิและมีเสถียรภาพที่ดี ดังนั้น DRA ที่ใช้ DFB-RFL ระดับไฮเอนด์จึงสามารถให้สัญญาณรบกวนต่ำและการกระจายการกระจายที่สมดุลสำหรับการส่งผ่าน/การตรวจจับใยแก้วนำแสงระยะไกล และมีศักยภาพในการรับส่งข้อมูลและการตรวจจับที่ไม่ใช่รีเลย์ระยะไกลพิเศษ .

Distributed Fiber Sensing (DFS) ซึ่งเป็นสาขาสำคัญในด้านเทคโนโลยีการตรวจจับไฟเบอร์ออปติก มีข้อดีที่โดดเด่นดังต่อไปนี้: ตัวไฟเบอร์ออปติกเองเป็นเซ็นเซอร์ที่ผสานรวมการตรวจจับและการส่งสัญญาณ สามารถตรวจจับอุณหภูมิของแต่ละจุดบนเส้นทางใยแก้วนำแสงได้อย่างต่อเนื่อง การกระจายเชิงพื้นที่และการเปลี่ยนแปลงข้อมูลของพารามิเตอร์ทางกายภาพ เช่น ความเครียด ฯลฯ ใยแก้วนำแสงเส้นเดียวสามารถรับข้อมูลเซ็นเซอร์ได้มากถึงหลายแสนจุด ซึ่งสามารถสร้างเครือข่ายเซ็นเซอร์ระยะทางที่ยาวที่สุดและความจุที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน เทคโนโลยี DFS มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในด้านการตรวจสอบความปลอดภัยของสิ่งอำนวยความสะดวกหลักที่เกี่ยวข้องกับเศรษฐกิจของประเทศและการดำรงชีวิตของผู้คน เช่น สายส่งไฟฟ้า ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ รถไฟความเร็วสูง สะพาน และอุโมงค์ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ DFS มีระยะทางไกล ความละเอียดเชิงพื้นที่สูง และความแม่นยำในการวัด ยังคงต้องเผชิญกับความท้าทาย เช่น พื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีความแม่นยำต่ำซึ่งเกิดจากการสูญเสียเส้นใย การขยายสเปกตรัมที่เกิดจากความไม่เชิงเส้น และข้อผิดพลาดของระบบที่เกิดจากการไม่ระบุตำแหน่ง
เทคโนโลยี DRA ที่ใช้ DFB-RFL ระดับไฮเอนด์มีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น อัตราขยายแบบคงที่ สัญญาณรบกวนต่ำ และความเสถียรที่ดี และสามารถมีบทบาทสำคัญในแอปพลิเคชัน DFS ขั้นแรก นำไปใช้กับ BOTDA เพื่อวัดอุณหภูมิหรือความเครียดที่ใช้กับใยแก้วนำแสง อุปกรณ์ทดลองแสดงไว้ในรูปที่ 14(a) โดยใช้วิธีการปั๊มแบบไฮบริดของเลเซอร์สุ่มลำดับที่สองและ LD ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำลำดับที่หนึ่ง ผลการทดลองพบว่าระบบ BOTDA ที่มีความยาว 154.4 กม. มีความละเอียดเชิงพื้นที่ 5 เมตร และความแม่นยำของอุณหภูมิ ±1.4 ℃ ดังแสดงในรูปที่ 14(b) และ (c) นอกจากนี้ เทคโนโลยี DFB-RFL DRA ระดับไฮเอนด์ยังถูกนำไปใช้เพื่อเพิ่มระยะการตรวจจับของรีเฟลกโตมิเตอร์โดเมนเวลาแสงแบบไวต่อเฟส (Φ-OTDR) สำหรับการตรวจจับการสั่นสะเทือน/การรบกวน ทำให้บรรลุระยะการตรวจจับที่บันทึกได้ที่ 175 กม. หรือ 25 ม. เชิงพื้นที่ ปณิธาน. ในปี 2019 FU Y และคณะได้ผสมผสาน RFLA ลำดับที่สองไปข้างหน้าและการขยายเลเซอร์แบบสุ่มด้วยไฟเบอร์ลำดับที่สามแบบย้อนหลัง ขยายระยะการตรวจจับของ BOTDA ที่ไม่มีทวนสัญญาณเป็น 175 กม. เท่าที่เราทราบ ระบบนี้ได้รับการรายงานแล้ว ระยะทางไกลที่สุดและปัจจัยคุณภาพสูงสุด (รูปบุญ, FoM) ของ BOTDA ที่ไม่มีทวนสัญญาณ นี่เป็นครั้งแรกที่มีการนำการขยายสัญญาณเลเซอร์แบบสุ่มด้วยไฟเบอร์ลำดับที่สามไปใช้กับระบบการตรวจจับไฟเบอร์ออปติกแบบกระจาย การตระหนักถึงระบบนี้ช่วยยืนยันว่าการขยายสัญญาณเลเซอร์แบบสุ่มด้วยไฟเบอร์ที่มีลำดับสูงสามารถให้การกระจายเกนสูงและแบนได้ และมีระดับเสียงรบกวนที่ยอมรับได้