Ứng dụng của Laser ngẫu nhiên sợi quang trong cảm biến điểm khoảng cách cực xa

Ngẫu nhiêntia laser phản hồi phân tándựa trên độ lợi Raman, phổ đầu ra của nó đã được xác nhận là rộng và ổn định trong các điều kiện môi trường khác nhau, và vị trí phổ lasing và băng thông của khoang nửa hở DFB-RFL cũng giống như thiết bị phản hồi điểm được bổ sung. tương quan. Nếu các đặc tính phổ của gương điểm (chẳng hạn như FBG) thay đổi theo môi trường bên ngoài, thì phổ lasing của laser sợi quang cũng sẽ thay đổi. Dựa trên nguyên tắc này, laser sợi quang có thể được sử dụng để thực hiện các chức năng cảm biến điểm khoảng cách cực xa.

Trong công trình nghiên cứu được báo cáo vào năm 2012, thông qua nguồn sáng DFB-RFL và phản xạ FBG, ánh sáng laser ngẫu nhiên có thể được tạo ra trong một sợi quang dài 100 km. Thông qua các thiết kế cấu trúc khác nhau, có thể nhận ra đầu ra laser bậc một và bậc hai tương ứng, như thể hiện trong Hình 15 (a). Đối với cấu trúc bậc nhất,nguồn bơmlà một laser 1 365 nm, và một cảm biến FBG phù hợp với bước sóng của ánh sáng Stokes bậc nhất (1 455 nm) được đặt trên đầu kia của sợi quang. Cấu trúc bậc hai bao gồm 1 gương FBG điểm 455 nm, được đặt trên đầu máy bơm để tạo ống kính dễ dàng hơn và cảm biến FBG 1 560 nm được đặt ở đầu xa của sợi quang. Ánh sáng ống kính được tạo ra được phát ra ở đầu máy bơm và cảm biến nhiệt độ có thể được thực hiện bằng cách đo sự thay đổi bước sóng của ánh sáng phát ra. Mối quan hệ điển hình giữa bước sóng lasing và nhiệt độ của FBG được thể hiện trong Hình 15 (b).

Lý do tại sao chương trình này rất hấp dẫn trong các ứng dụng thực tế là: Trước hết, phần tử cảm biến là một thiết bị thụ động thuần túy, và nó có thể ở xa bộ giải điều chế (hơn 100 km), được sử dụng trong nhiều trường hợp cực dài. môi trường ứng dụng -distance. (Chẳng hạn như giám sát an toàn đường dây điện, đường ống dẫn dầu và khí đốt, đường sắt cao tốc, v.v.) là phải; Ngoài ra, thông tin cần đo được phản ánh trong miền bước sóng, miền này chỉ được xác định bởi bước sóng trung tâm của cảm biến FBG, giúp cho hệ thống trong nguồn bơm hoặc cáp quang cảm biến có thể được ổn định khi suy hao thay đổi; cuối cùng, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của phổ ánh sáng bậc một và bậc hai lần lượt cao tới 20 dB và 35 dB, cho thấy rằng khoảng cách giới hạn mà hệ thống có thể cảm nhận được vượt xa 100 km. Do đó, độ ổn định nhiệt tốt và cảm biến khoảng cách cực xa làm cho DFB-RFL trở thành một hệ thống cảm biến sợi quang hiệu suất cao.
Một hệ thống cảm biến điểm 200 km tương tự như phương pháp trên cũng đã được thực hiện, như trong Hình 16. Kết quả nghiên cứu cho thấy do khoảng cách cảm biến của hệ thống dài nên tỷ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu cảm biến phản xạ là 17 dB trong trường hợp tốt nhất, 10 dB trong trường hợp xấu hơn, và độ nhạy nhiệt độ là 11,3 pm / â „ƒ. Hệ thống có thể thực hiện phép đo đa bước sóng, cung cấp khả năng đo thông tin nhiệt độ của 11 điểm cùng một lúc. Và con số này có thể được tăng lên. Như đã đề cập trong tài liệu, một tia laser ngẫu nhiên bằng sợi quang dựa trên 22 FBG có thể hoạt động ở 22 bước sóng khác nhau. Tuy nhiên, giải pháp yêu cầu một cặp sợi quang có độ dài bằng nhau và nhu cầu về tài nguyên sợi quang tăng gấp đôi so với phương pháp nói trên.

Trong năm 2016, từ xaBộ khuếch đại bơm quang, ROPA trong giao tiếp sợi quang, sử dụng độ lợi hỗn hợp của độ lợi tích cực trong sợi quang hoạt động vàRamanđạt được trong sợi quang đơn mode, phân tích lý thuyết toàn diện và xác minh thực nghiệm. Một RFL khoảng cách dài dựa trên sợi quang hoạt động trong băng tần 1,5 μm được trình bày, như trong Hình 17 (a). Ngoài ra, hệ thống laser ngẫu nhiên cũng hoạt động tốt trong việc cảm biến điểm khoảng cách xa. Lấy cảm biến nhiệt độ kiểu điểm làm ví dụ. Bước sóng cực đại của đầu ra laser ngẫu nhiên của cấu trúc này có mối quan hệ tuyến tính với nhiệt độ được thêm vào FBG, và hệ thống cảm biến có chức năng ghép kênh phân chia bước sóng, như trong Hình 17 (b) và (c) như minh họa. Đặc biệt, so với cấu trúc trước đây, sơ đồ này có ngưỡng thấp hơn và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn.

Trong nghiên cứu tương lai, thông qua việc thiết kế các phương pháp bơm và gương khác nhau, người ta hy vọng sẽ nhận ra một hệ thống cảm biến điểm laser sợi quang khoảng cách cực xa với hiệu suất vượt trội.