Εφαρμογή Fiber Random Laser σε ανίχνευση σημείων εξαιρετικά μεγάλης απόστασης

Τυχαίακατανεμημένο λέιζερ ινών ανάδρασηςμε βάση το κέρδος Raman, το φάσμα εξόδου του έχει επιβεβαιωθεί ότι είναι ευρύ και σταθερό κάτω από διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και η θέση του φάσματος λέιζινγκ και το εύρος ζώνης της μισάνοιχτης κοιλότητας DFB-RFL είναι ίδια με τη συσκευή ανάδρασης πρόσθετου σημείου. Τα φάσματα είναι εξαιρετικά συσχετίζονται. Εάν τα φασματικά χαρακτηριστικά του σημειακού καθρέφτη (όπως το FBG) αλλάξουν με το εξωτερικό περιβάλλον, το φάσμα lasing του τυχαίου λέιζερ ινών θα αλλάξει επίσης. Με βάση αυτή την αρχή, τα τυχαία λέιζερ ινών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πραγματοποίηση λειτουργιών ανίχνευσης σημείων εξαιρετικά μεγάλων αποστάσεων.

Στην ερευνητική εργασία που αναφέρθηκε το 2012, μέσω μιας φωτεινής πηγής DFB-RFL και ανάκλασης FBG, μπορεί να δημιουργηθεί τυχαίο φως λέιζερ σε μια οπτική ίνα μήκους 100 km. Μέσω διαφορετικών δομικών σχεδίων, η έξοδος λέιζερ πρώτης και δεύτερης τάξης μπορεί να πραγματοποιηθεί αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 15(α). Για τη δομή πρώτης τάξης, τοπηγή αντλίαςείναι ένα λέιζερ 1 365 nm και ένας αισθητήρας FBG που ταιριάζει με το μήκος κύματος του φωτός Stokes πρώτης τάξης (1 455 nm) τοποθετείται στο άλλο άκρο της ίνας. Η δομή δεύτερης τάξης περιλαμβάνει ένα κάτοπτρο FBG 1 455 nm, το οποίο τοποθετείται στο άκρο της αντλίας για να διευκολύνει τη δημιουργία lasing, και ο αισθητήρας FBG 1 560 nm τοποθετείται στο μακρινό άκρο της ίνας. Το παραγόμενο φως λέιζινγκ εξέρχεται στο άκρο της αντλίας και η ανίχνευση θερμοκρασίας μπορεί να πραγματοποιηθεί μετρώντας την αλλαγή του μήκους κύματος του εκπεμπόμενου φωτός. Η τυπική σχέση μεταξύ του μήκους κύματος lasing και της θερμοκρασίας του FBG φαίνεται στο Σχήμα 15(b).

Ο λόγος για τον οποίο αυτό το σχήμα είναι πολύ ελκυστικό σε πρακτικές εφαρμογές είναι: Πρώτα απ 'όλα, το αισθητήριο στοιχείο είναι μια καθαρά παθητική συσκευή και μπορεί να απέχει πολύ από τον αποδιαμορφωτή (περισσότερα από 100 km), ο οποίος χρησιμοποιείται σε πολλά εξαιρετικά μεγάλα -περιβάλλοντα εφαρμογής εξ αποστάσεως. (Όπως η παρακολούθηση της ασφάλειας των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας, των αγωγών πετρελαίου και φυσικού αερίου, των σιδηροδρομικών γραμμών υψηλής ταχύτητας κ.λπ.) είναι απαραίτητη. Επιπλέον, οι πληροφορίες που πρέπει να μετρηθούν αντικατοπτρίζονται στον τομέα μήκους κύματος, ο οποίος καθορίζεται μόνο από το κεντρικό μήκος κύματος του αισθητήρα FBG, με αποτέλεσμα το σύστημα στην πηγή ισχύος της αντλίας ή στην αισθητήρα οπτικών ινών να μπορεί να σταθεροποιηθεί όταν αλλάζει η απώλεια. Τέλος, οι αναλογίες σήματος προς θόρυβο των φασμάτων λέιζινγκ πρώτης και δεύτερης τάξης είναι τόσο υψηλές όσο 20 dB και 35 dB, αντίστοιχα, υποδεικνύοντας ότι η οριακή απόσταση που μπορεί να αντιληφθεί το σύστημα υπερβαίνει κατά πολύ τα 100 km. Επομένως, η καλή θερμική σταθερότητα και η ανίχνευση εξαιρετικά μεγάλων αποστάσεων καθιστούν το DFB-RFL ένα σύστημα ανίχνευσης οπτικών ινών υψηλής απόδοσης.
Έχει επίσης εφαρμοστεί ένα σύστημα ανίχνευσης σημείων 200 km παρόμοιο με την παραπάνω μέθοδο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 16. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι λόγω της μεγάλης απόστασης ανίχνευσης του συστήματος, ο λόγος σήματος προς θόρυβο του ανακλώμενου σήματος αισθητήρα είναι 17 dB στην καλύτερη περίπτωση, 10 dB στη χειρότερη περίπτωση και η ευαισθησία στη θερμοκρασία είναι 11,3 μ.μ./℃. Το σύστημα μπορεί να πραγματοποιήσει μέτρηση πολλαπλού μήκους κύματος, η οποία παρέχει τη δυνατότητα μέτρησης των πληροφοριών θερμοκρασίας 11 σημείων ταυτόχρονα. Και αυτός ο αριθμός μπορεί να αυξηθεί. Όπως αναφέρεται στη βιβλιογραφία, ένα τυχαίο λέιζερ ινών που βασίζεται σε 22 FBG μπορεί να λειτουργήσει σε 22 διαφορετικά μήκη κύματος. Ωστόσο, η λύση απαιτεί ένα ζεύγος οπτικών ινών ίσου μήκους και η ζήτηση για πόρους οπτικών ινών διπλασιάζεται σε σύγκριση με την προαναφερθείσα μέθοδο.

Το 2016, RemoteΕνισχυτής οπτικής άντλησης, ROPA στην επικοινωνία οπτικών ινών, χρησιμοποιώντας το μικτό κέρδος ενεργού κέρδους σε ενεργή ίνα καιRamanκέρδος σε single-mode fiber, ολοκληρωμένη θεωρητική ανάλυση και πειραματική επαλήθευση. Παρουσιάζεται ένα RFL μεγάλων αποστάσεων που βασίζεται σε ενεργή ίνα στη ζώνη 1,5 Ι¼ m, όπως φαίνεται στο Σχήμα 17(α). Επιπλέον, το τυχαίο σύστημα λέιζερ αποδίδει επίσης καλά στην ανίχνευση σημείων μεγάλων αποστάσεων. Πάρτε για παράδειγμα τον αισθητήρα θερμοκρασίας σημείου. Το μέγιστο μήκος κύματος του τυχαίου άκρου εξόδου λέιζερ αυτής της δομής έχει μια γραμμική σχέση με τη θερμοκρασία που προστίθεται στο FBG και το σύστημα αισθητήρων έχει μια λειτουργία πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 17(β) και (γ) όπως φαίνεται. Συγκεκριμένα, σε σύγκριση με την προηγούμενη δομή, αυτό το σχήμα έχει χαμηλότερο όριο και υψηλότερο λόγο σήματος προς θόρυβο.

Στη μελλοντική έρευνα, μέσω του σχεδιασμού διαφορετικών μεθόδων άντλησης και κατόπτρων, αναμένεται να υλοποιηθεί ένα σύστημα τυχαίας ανίχνευσης λέιζερ ινών υπερμεγάλων αποστάσεων με ανώτερη απόδοση.