Uporaba fiber Random Laser pri porazdeljenem zaznavanju

Leta 2013 je bil predlagan in s poskusi preverjen nov koncept DRA, ki temelji na vrhunski črpalki DFB-RFL. Zaradi edinstvene strukture polodprte votline DFB-RFL se njegov mehanizem povratnih informacij opira samo na Rayleighovo sipanje, naključno razporejeno v vlaknu. Spektralna struktura in izhodna moč naključno proizvedenega laserja visokega reda kažeta odlično temperaturno neobčutljivost, zato lahko vrhunski DFB-RFL tvori zelo stabilen in popolnoma porazdeljen vir črpalke z nizkim šumom. Eksperiment, prikazan na sliki 13(a), potrjuje koncept porazdeljene Ramanove ojačitve, ki temelji na DFB-RFL višjega reda, slika 13(b) pa prikazuje porazdelitev ojačenja v transparentnem prenosnem stanju pri različnih močeh črpalke. Iz primerjave je razvidno, da je dvosmerno črpanje drugega reda najboljše, z ravnostjo ojačanja 2,5 dB, ki mu sledi naključno lasersko črpanje drugega reda nazaj (3,8 dB), medtem ko je naključno lasersko črpanje naprej blizu prvega reda dvosmerno črpanje Pri 5,5 dB oziroma 4,9 dB je zmogljivost črpanja nazaj DFB-RFL nižja povprečna fluktuacija ojačenja in ojačanja. Hkrati je efektivna vrednost hrupa črpalke DFB-RFL v prozornem oknu prenosa v tem poskusu za 2,3 dB nižja kot pri dvosmerni črpalki prvega reda in 1,3 dB nižja kot pri dvosmerni črpalki drugega reda. . V primerjavi s konvencionalnim DRA ima ta rešitev očitne obsežne prednosti pri zatiranju prenosa hrupa relativne intenzivnosti in uresničevanju uravnoteženega prenosa/zaznavanja celotnega obsega, naključni laser pa je neobčutljiv na temperaturo in ima dobro stabilnost. Zato je DRA, ki temelji na vrhunskem DFB-RFL, lahko Zagotavlja nizko šumno in stabilno porazdeljeno uravnoteženo ojačanje za prenos/zaznavanje z optičnimi vlakni na dolge razdalje in ima potencial za uresničitev nerelejskega prenosa in zaznavanja na ultra dolge razdalje .

Distributed Fiber Sensing (DFS), kot pomembna veja na področju tehnologije zaznavanja optičnih vlaken, ima naslednje izjemne prednosti: Samo optično vlakno je senzor, ki združuje zaznavanje in prenos; lahko nenehno zaznava temperaturo vsake točke na poti optičnih vlaken. Prostorsko porazdelitev in informacije o spremembi fizičnih parametrov, kot so deformacija itd.; eno optično vlakno lahko pridobi do sto tisoč točk senzorskih informacij, ki lahko tvorijo trenutno najdaljšo razdaljo in največjo zmogljivost senzorskega omrežja. Tehnologija DFS ima široke možnosti uporabe na področju nadzora varnosti večjih objektov, povezanih z nacionalnim gospodarstvom in preživetjem ljudi, kot so kabli za prenos električne energije, naftovodi in plinovodi, hitre železnice, mostovi in ​​predori. Vendar pa za uresničitev DFS z veliko razdaljo, visoko prostorsko ločljivostjo in natančnostjo merjenja še vedno obstajajo izzivi, kot so obsežna območja z nizko natančnostjo, ki jih povzroča izguba vlaken, spektralno širjenje, ki ga povzroča nelinearnost, in sistemske napake, ki jih povzroča nelokalizacija.
Tehnologija DRA, ki temelji na vrhunskem DFB-RFL, ima edinstvene lastnosti, kot so ravno ojačenje, nizek šum in dobra stabilnost, ter lahko igra pomembno vlogo pri aplikacijah DFS. Najprej se uporablja za BOTDA za merjenje temperature ali obremenitve optičnega vlakna. Eksperimentalna naprava je prikazana na sliki 14(a), kjer je uporabljena hibridna metoda črpanja naključnega laserja drugega reda in nizkošumnega LD prvega reda. Rezultati eksperimenta kažejo, da ima sistem BOTDA z dolžino 154,4 km prostorsko ločljivost 5 m in temperaturno natančnost ±1,4 ℃, kot je prikazano na sliki 14(b) in (c). Poleg tega je bila uporabljena vrhunska tehnologija DFB-RFL DRA za povečanje razdalje zaznavanja fazno občutljivega optičnega reflektometra časovne domene (Φ-OTDR) za zaznavanje vibracij/motnj, s čimer je bila dosežena rekordna razdalja zaznavanja 175 km 25 m. prostorska ločljivost. Leta 2019 so FU Y et al. razširil obseg zaznavanja BOTDA brez repetitorja na 175 km. Kolikor nam je znano, je bil ta sistem doslej poročan. Najdaljša razdalja in najvišji faktor kakovosti (številka zaslug, FoM) BOTDA brez repetitorja. To je prvič, da je bilo naključno lasersko ojačanje z vlakni tretjega reda uporabljeno v porazdeljenem sistemu zaznavanja optičnih vlaken. Realizacija tega sistema potrjuje, da lahko naključno lasersko ojačanje z vlakni visokega reda zagotovi visoko in ravno porazdelitev ojačenja ter ima sprejemljivo raven hrupa.