Non-local effect in Brillouin optical time-domain analyzer based on Raman amplification

应用包含探测光、布里渊泵浦光及拉曼泵浦光相互作用理论模型,数值分析了基于拉曼放大的长距离布里渊光时域分析仪非局域化特性.结果表明:非局域化随探测光及拉曼泵滴功率增加而恶化;通过频分复用(将具有不同布里渊频移的光纤拼接)及时分复用技术(同时对布里渊泵浦及探测光进行脉冲调制),可有效缩短布里渊泵浦与探测光的作用距离,达到较理想的抑制非局域效应结果.     

基于超长环形激光器泵浦的94 km布里渊分布式传感系统

首次将超长光纤环形激光器的光放大应用于布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统,以延伸传感距离。 通过对布里渊泵浦消耗、 拉曼泵浦相对强度噪声(RIN)转移的抑制及拉曼泵浦功率分布的优化,基于对布里渊增益谱分析的原理在94 km的传感距离上实现了3 m空间分辨率,以及全程28 με/1.4 ℃应变/温度精度。     

基于光纤环形腔结构的布里渊频移器设计

为了达到布里渊光时域分析(BOTDA)系统双通道激光源的布里渊频移要求,设计了一个光纤布里渊频移器,放置在其探测脉冲通道,使探测光与另一通道的扫频光具有布里渊频移差(约11.2GHz)。通过分析频移器的输出光谱线宽窄化原理,利用光纤中激发的布里渊增益谱结合一定的环形腔结构形成窄线宽的布里渊斯托克斯光谱输出,且分析了环形腔频移器的受激布里渊散射阈值和光-光转换效率两个性能指标及其影响因素。采用1551nm窄线宽光源,对实际搭建的9km单模光纤布里渊频移器进行了实验验证,结果表明:频移器的受激布里渊散射阈值为2.3mW,布里渊频移对应的波长改变约为0.1nm,此时的定向耦合器耦合比为0.4,光-光转换效率为49%。所设计的光纤布里渊频移器能达到布里渊光时域分析系统光源的技术指标,降低了系统的复杂性和成本。     

基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器

针对布里渊光时域分析分布式传感原理和受激布里渊散射的特点,应用微波电光调制分布反馈式半导体激光器产生频移可调的探测光,和传感光纤中相反方向传输的脉冲激励光进行受激布里渊散射作用,当探测光和激励光的频率差在布里渊频移附近时,频移探测光和激励光产生受激布里渊散射,通过改变探测光的频移值,检测探测光功率信号,可得到沿光纤各处的布里渊频移,再利用布里渊频移和应变（或温度）的关系,计算得到沿光纤分布的传感量。设计了基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器实验系统,实现了25km的分布式温度传感,达到5m的空间分辨力和3℃的温度分辨力。     

光纤移频分布式布里渊光纤传感技术

提出了一种利用布里渊光纤环形腔移频技术实现分布式光纤布里渊传感的方法.该方法基于布里渊光时域分析法原理,将一束单纵模运转激光器输出的激光分为两束|一束光入射布里渊光纤环形腔中产生窄线宽的受激布里渊散射光作为斯托克斯光,另一束光经过低频相位调制后作为泵浦光|斯托克斯光和泵浦光分别相向入射进入传感光纤,通过测量布里渊谱得到光纤温度或应变.利用该方法可将十几GHz的微波频率转化为兆赫信号频率进行探测处理,仅需一台激光器,因此系统结构简单、成本低,还可减小激光器频率波动对测量准确度的影响.实验验证了该方法的可行性.     

基于黎曼函数的宽带布里渊光谱信号解析算法

针对布里渊激光雷达领域现在普遍使用的光源过于昂贵、笨重的问题,对可促成使用廉价紧凑光源的宽带布里渊信号的解谱算法进行了研究.在宽带布里渊光谱信号的处理过程中,首先构造了黎曼函数的一个变体,再利用该函数在布里渊频移处取极小值性质,从泵浦光-布里渊光的1∶1混合光谱信号中复原出了泵浦光的频谱并得到相对应的布里渊频移.对测试数据集的实验表明,在没有噪声的理想情况下算法准确率接近100%;而非理想状态下只有当噪声小于-30dB,且泵浦光和布里渊光幅值之比小于1.05时,算法才能得到准确结果.     

光纤移频分布式布里渊光纤传感技术

提出了一种利用布里渊光纤环形腔移频技术实现分布式光纤布里渊传感的方法.该方法基于布里渊光时域分析法原理,将一束单纵模运转激光器输出的激光分为两束;一束光入射布里渊光纤环形腔中产生窄线宽的受激布里渊散射光作为斯托克斯光,另一束光经过低频相位调制后作为泵浦光;斯托克斯光和泵浦光分别相向入射进入传感光纤,通过测量布里渊谱得到...     

少模光纤中受激布里渊散射的慢光

利用全矢量有限元法计算了少模光纤中模内和模间受激布里渊散射各模式布里渊频移和布里渊增益谱,模拟了泵浦功率、有效传输长度及脉冲宽度对各模式慢光时间延迟量、脉冲展宽因子的影响.模拟结果表明:少模光纤中不同传输模式产生的受激布里渊散射慢光特性不同,输入泵浦功率及有效传输长度越大,各模式的慢光时延量、展宽越大,且当输入泵浦功率相同时,模内的慢光时延量、展宽因子均大于模间的.优化参数可得,在输入泵浦功率为0.5W,光纤有效长度为1km的条件下,LP_(01)-LP_(01)、LP_(11)-LP_(11)及LP_(01)-LP_(11)模式的时间延迟量分别为643.7ns、362.6ns和213.2ns,其展宽因子分别为1.346、1.207和1.126.     

光脉冲编码对基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统的影响

报道了光脉冲编码对基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统(BOTDA)的影响. 实验表明,光脉冲编码能够在保证较高空间分辨率的同时减小布里渊频移的不确定性. 实验实现了49.6 km传感距离, 在整段传感光纤上温度分辨率1 ℃,空间分辨率2.5 m. 本文实验测量并分析了系统的信噪比和光功率分布特性. 关键词： 分布式光纤传感 受激拉曼散射 布里渊增益 布里渊光时域分析系统(BOTDA)     

单模圆光纤中受激拉曼散射光谱偏振特性的研究

研究了单模圆石英光纤在不同偏振光泵浦条件下,受激拉曼散射(SRS)各级斯托克斯光的拉曼阈值和频移特性,同时测试了光纤输出端的泵浦光和斯托克斯光的偏振状态.分析了偏振光在单模圆光纤中传输时偏振状态的变化.     

基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统

报道了一种基于双向拉曼放大的布里渊光时域分析系统(Brillouin optical time domain analyzer,BOTDA).利用双向拉曼抽运对信号光进行拉曼放大以补偿光纤损耗及布里渊抽运波的消耗,从而使光纤后端的测量分辨率得到改善,测量分辨率在整段传感光纤趋于一致,同时避免了调制不稳定性引起的频谱扩展,克服了传统BOTDA存在的信号强度指数下降的弊端,使传感精度得到进一步提高.实验实现了50 km传感距离, 温度分辨率达0.6 ℃,空间分辨率为50 m.实验测量并分析了基于双向拉曼放大的BOTDA信噪比和光功率分布特性. 关键词： 分布式光纤传感 受激拉曼放大 布里渊增益 布里渊光时域分析     

布里渊光时域分析传感器的消偏振衰落技术

在布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感器中,由于受激布里渊散射的偏振相关性的影响,激励光和探测光的偏振态随机变化引起的信号起伏严重影响布里渊散射光信号的稳定测量。通过建立与偏振态有关的激励光和探测光的耦合方程,推导出接收探测光光强关于激励光和探测光偏振态的理论公式,并由此提出偏振扩展接收技术。理论分析表明,偏振扩展接收技术可以有效地抑制偏振相关信号衰落。通过对耦合方程进行模拟,验证了理论分析的正确性和偏振扩展接收技术的可行性。最后给出了采用偏振扩展接收的布里渊光时域分析实验结果,与理论分析和模拟具有较好的一致性。     

Comparative study on reduced impacts of Brillouin pump depletion and nonlinear amplification in coded DBA-BOTDA

The impacts of Brillouin pump depletion and nonlinear amplification in coded long-range Brillouin optical time-domain analysis(BOTDA) based on distributed Brillouin amplification(DBA) were studied. The error of Brillouin frequency shift(BFS) due to Brillouin pump depletion was compared for DBA-BOTDA using non-cyclic and cyclic coding. For non-cyclic coding, significant over-and under-shoots of BFS were found in the range with larger BFS variation, such as hot spot. The impact of Brillouin pump depletion can be reduced considerably by cyclic coding. Furthermore, to compensate the BFS error due to nonlinear amplification,a simple and effective log linearization was proposed and demonstrated.     

150 km long distributed temperature sensor using phase modulated probe wave and optimization technique

This paper describes and demonstrates the performance enhancement of a 150 km distributed sensing system based on Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA). We present a BOTDA system combining the phase modulation and global evolutionary computing based optimization technique (Differential Evolution algorithm (DE)) for receiver optimization. We achieved an SNR improvement of 3.3 dBm compared to amplitude modulated probe wave for 150 km sensing range. We successfully demonstrate the presence of hot spot at a distance of 51 km of the sensing fibre for different temperatures.     

Extension of measurement range in Brillouin optical correlation domain analysis by pump-probe switching

We propose and experimentally demonstrate a novel method for the extension of the measurement range in Brillouin optical correlation domain analysis by switching the pump and probe waves for selectively inducing the stimulated Brillouin scattering (SBS) in the sensing fiber. In this scheme, two correlation peaks are located in the sensing fiber and SBS is alternatively induced at each position by pump/probe selective switching and optical attenuation. In the experiment, twice enlargement of measurement range is successfully achieved with 146-m fiber with a 10-cm spatial resolution.