1.1 布里淵分布式光纖傳感技術(shù)研究

       主要研究基于自發(fā)布里淵散射的布里淵光時(shí)域反射（BOTDR）與基于受激布里淵散射的布里淵光時(shí)域分析（BOTDA）光纖傳感技術(shù)，用于溫度和應(yīng)變等參量的連續(xù)分布式測(cè)量。

1.1.1 多波長BOTDR和零差BOTDR技術(shù)研究

       使用多波長探測(cè)光，可在避免非線性效應(yīng)的前提下提高系統(tǒng)的信噪比，亦可比單波長測(cè)量獲得較高的測(cè)量效率。使用零差BOTDR技術(shù)，是利用LEAF、SMF28e+等光纖中多個(gè)布里淵散射的互拍信號(hào)，無需參考信號(hào)和布里淵散射譜掃描，即可獲得溫度和應(yīng)變的雙參量連續(xù)分布式測(cè)量。

多波長外差BOTDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

C. Li, Y. Lu, X. Zhang and F. Wang, Electronics Letters, 48(18):1139-1141, 2012

基于零差BOTDR的溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量

Y. Lu, et. al, IEEE Photonics Technology Letters, 25(11): 1050-1053, 2013

       此外，該實(shí)驗(yàn)室在還開展了電光調(diào)制器的消光比對(duì)BOTDR系統(tǒng)信噪比影響的研究（Y. Lu, et.al, Optics Communications, 297:48-54, 2013），提出了解決BOTDR系統(tǒng)空間分辨率與頻率測(cè)量精度這對(duì)矛盾的布里淵散射信號(hào)處理方法（Y. Yao, Y. Lu, et.al, IEEE Photonics Technology Letters, 24(15):1337-1339, 2012），成功利用BOTDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)纜內(nèi)光纖殘余熱應(yīng)變的高分辨率測(cè)量（Y. Lu, et.al, Optics and Lasers in Engineering, 49(9-10):1111-1119, 2011），提出了基于Hadamard序列的脈沖編碼BOTDR技術(shù)（Y. Lu, et.al, The 9th International Conference on Optical Communications and Networks, 2010），利用分段傅里葉變換對(duì)BOTDR系統(tǒng)獲得的布里淵信號(hào)處理，以縮短信號(hào)采集環(huán)節(jié)的測(cè)量時(shí)間（F. Wang, et.al, Measurement Science and Technology, 20(2):025202, 2009 ）。

1.1.2 暗基底探測(cè)脈沖光的BOTDA技術(shù)研究

暗基底探測(cè)脈沖光

       提出如圖所示的一種暗基底探測(cè)脈沖光，用于進(jìn)行BOTDA的分布式傳感，可有效分辨出傳感光纖中很短長度上的存在的微小應(yīng)變，該實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確地測(cè)得了兩個(gè)間隔30 cm 的5 cm 長光纖上存在的應(yīng)變。

測(cè)得的光纖中的布里淵頻移分布。

   F. Wang, X. Bao, L. Chen, Y. Li, J. Snoddy, and X. Zhang, Opt. Lett. 33, 2707-2709 (2008).

1.1.3 傳感系統(tǒng)中偏振相關(guān)性的影響及抑制研究

       光波的偏振性對(duì)基于布里淵效應(yīng)的光纖傳感有較大的影響。該實(shí)驗(yàn)室研究新的方法來消除布里淵光纖傳感系統(tǒng)中的偏振相關(guān)噪聲。如圖所示，為利用與馬赫曾德干涉儀相似結(jié)構(gòu)的構(gòu)造來消除布里淵光纖傳感系統(tǒng)中的偏振相關(guān)噪聲。通過圖中虛線所標(biāo)示的結(jié)構(gòu)，偏振相關(guān)噪聲得到了有效的消除，如圖中測(cè)得的光纖沿線的布里淵譜分布所示。

消除偏振相關(guān)噪聲的BOTDR實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

測(cè)得的光纖沿線的布里淵譜分布。（a）為利用新方法獲得的結(jié)果。（b）為直接測(cè)量得到的結(jié)果。

 F. Wang, C. Li, X. Zhao, and X. Zhang, Appl. Opt. 51, 176-180 (2012).

1.1.4 布里淵光纖激光器及其在BOTDR中的應(yīng)用

       自發(fā)布里淵散射信號(hào)一般利用相干檢測(cè)的方法來提高檢測(cè)信噪比。單頻布里淵光纖激光器可以用于得到與傳感光纖布里淵stocks光頻率接近、單模輸出、功率穩(wěn)定的低噪聲本振光。該方案的顯著優(yōu)點(diǎn)在于可以節(jié)省高功率的微波移頻器件，有利于系統(tǒng)的小型化和提高穩(wěn)定性。除用于BOTDR系統(tǒng)外，單模連續(xù)光輸出的布里淵光纖激光器由于其極窄的線寬、極好的相干性，在光纖陀螺、光纖傳感、以及相干光通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。

  使用單頻布里淵光纖激光器的BOTDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

特別感謝南京大學(xué)光通信工程研究中心提供此方案，謹(jǐn)為學(xué)習(xí)之用。