基于分布式布里淵放大的長距離BOTDA光纖傳感研究.pdf

1、受激布里淵散射(SBS)在分布式光纖傳感、光纖激光器、微波光子學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文概述了基于SBS的布里淵光時域分析(BOTDA)傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵問題及研究進(jìn)展;介紹了BOTDA系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵器件;提出了三種基于頻率梳分布式布里淵放大(DBA)泵浦的長距離BOTDA新結(jié)構(gòu)及一種基于頻率梳脈沖的高空間分辨相干BOTDA新結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)研究了其傳感特性。具體總結(jié)如下:
　　(1)針對基于DBA的長距離BOTDA中，獨(dú)立DBA泵浦源

2、頻率漂移對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，提出一種基于一階DBA泵浦的BOTDA新結(jié)構(gòu)，有效降低了頻率漂移對傳感穩(wěn)定性的影響。驗證了光脈沖編碼(OPC)技術(shù)用于該系統(tǒng)的可行性;將頻率梳技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)以擴(kuò)展脈沖增益譜，從而有效抑制了脈沖失真所致的測量誤差;具體研究了暫態(tài)增益(TG)波動對傳感性能的影響。研究表明:在脈寬較小的DBA-BOTDA系統(tǒng)中，若使用足夠數(shù)量的頻率梳，則可使出射脈沖形狀趨于初始狀態(tài);頻率梳數(shù)量、編碼脈沖間隔和編碼長度需進(jìn)行一定的

3、優(yōu)化，才能使TG波動處于可接受的范圍內(nèi)以控制解碼誤差。相關(guān)研究內(nèi)容以第一作者發(fā)表于《IEEEPhotonics Technology Letters》。
　　(2)提出一種基于二階DBA泵浦的長距離BOTDA傳感新方案。相比基于一階DBA泵浦的BOTDA系統(tǒng)，可獲取更平坦的增益分布，提高信噪比～3dB。并且對一階DBA泵浦、二階DBA泵浦和脈沖光的功率分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，實驗測得的脈沖光功率分布與模擬結(jié)果吻合較好。最后在實驗上利用

4、僅～6dBm二階泵浦及～1.5dBm一階泵浦功率(比基于分布式拉曼放大(DRA)的長距離BOTDA系統(tǒng)所需泵浦功率降低兩個數(shù)量級），高效實現(xiàn)了～99km傳感距離、5m空間分辨率。相關(guān)研究內(nèi)容以第二作者發(fā)表于《Optics Express》。
　　(3)研究了基于頻率梳DBA泵浦的相干BOTDA長距離傳感特性。系統(tǒng)引入相干檢測可一次性對多個探測頻率梳同時解調(diào)，加快了數(shù)據(jù)采集速度;利用頻率梳DBA泵浦本身作為探測光，可使脈沖僅受頻率梳

5、泵浦的寬帶增益，從而避免了脈沖波形及功率的頻移相關(guān)性，顯著抑制了長距離傳感的非局域效應(yīng)。在實驗上使用～1.5dBm的DBA泵浦和～10dBm的脈沖光實現(xiàn)了～74.2km的傳感。
　　(4)在頻率梳DBA泵浦的相干BOTDA基礎(chǔ)上，針對雙邊帶(DSB)頻率梳脈沖導(dǎo)致的非線性效應(yīng)對布里淵增益譜(BGS)重構(gòu)的影響，提出了僅利用其中一個脈沖邊帶的傳感新結(jié)構(gòu)。研究表明:在基于DSB的頻率梳脈沖BOTDA系統(tǒng)中，過高峰值功率引起的邊帶間非線