Methodenartikel

Optimalisatie van Brillouin optische tijddomeinanalysatoren op basis van versterkingsspectrumtechniek

DOI:

10.3791/61115

⸱

11 mei 2020

 , 
1THz-Photonics Group, Technische Universität Braunschweig

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een protocol voor optische tijddomeinanalysatoren van Brillouin op basis van versterkingsspectrumtechniek wordt gepresenteerd. Verbeteringen in de detectieprestaties, inclusief detectiebereik en meetresolutie, worden bereikt en de overtollige Brillouin-intensiteitsruis wordt bestudeerd. Het protocol introduceert een nieuwe manier om de gedistribueerde Brillouin-detectieprestaties te verbeteren.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gedemonstreerd is een unieke methode voor het verbeteren van de detectieprestaties in optische tijddomeinanalysatoren (BOTDA) van Brillouin. Een Brillouin-versterkingsspectrum (BGS) wordt gesuperponeerd met twee symmetrische Brillouin-verliesspectra (BLS). Dit leidt tot een complexe gemanipuleerde spectrumvorm die beter bestand is tegen het geluid van het detectiesysteem. In plaats van slechts één interactie tussen pomp en sonde zoals in de conventionele BOTDA-opstelling, worden drie optische sondegolven benut, waarbij één sonde zich in de BGS bevindt en de andere twee symmetrisch in de BLS. Door de weerstand en ongevoeligheid van de gemanipuleerde spectrumvorm voor de ruis, worden de detectieprestaties met 60% verbeterd en wordt de meetnauwkeurigheid verdubbeld.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Distributed fiber sensing (DFS) is een uniek mechanisme dat een hele vezel als detectiemedium gebruikt. Het heeft veel belangstelling getrokken vanwege het lage vezelverlies; klein formaat; en het vermogen om gemakkelijk te worden ingebed in verschillende constructies, zoals dammen, bruggen en gebouwen, om omgevingsbewaking uit te voeren als een kunstmatig zenuwstelsel. In vergelijking met het toepassen van tal van traditionele puntsensoren, zoals vezel Bragg-roosters (FBG), biedt het een efficiëntere en kosteneffectievere oplossing voor een breed scala aan grootschalige detectietaken, zoals infrastructuur en structurele gezondheidsmonitoring1.

De huidige gedistribueerde sensoren maken gebruik van verschillende verstrooiingsmechanismen in de vezel om de temperatuur en rekverdeling te meten. Onder hen is DFS op basis van Brillouin-verstrooiing het meest aantrekkelijk vanwege de opvallende voordelen van de gestimuleerde Brillouin-verstrooiing (SBS), zoals een hoge signaal-ruisverhouding (SNR), lage drempel en de gevoeligheid voor zowel temperatuur2 als rek3. SBS kan klassiek worden omschreven als een interactie tussen de invallende optische continue golven (CW), d.w.z. de pomp, en de tegengestelde CW-sondegolf via een akoestische golf. Afhankelijk van het behoud van energie en impuls wordt de sondegolf frequentieverlagend naar de pomp geschakeld. Deze verschuiving wordt Brillouin frequency shift (BFS) genoemd. Rekening houdend met de eindige levensduur van een akoestische golf van 10 ns, is er een eindige spectrale verdeling van de gebroken golf, ook wel Brillouin-versterkingsspectrum (BGS) genoemd, waarbij de BFS het frequentieverschil is tussen de pompgolf en de piekcentrumfrequentie. De interactie tussen de golven leidt tot een frequentie neerwaarts verschoven versterkingsgebied en een frequentie opwaarts verschoven verliesgebied waar de sondegolf respectievelijk wordt versterkt en verzwakt. Voor een standaard single-mode glasvezel (SSMF) in C-band is de BFS ongeveer 11 GHz en heeft de BGS een Lorentziaanse vorm met een ultrasmalle volledige breedte bij het halve maximum (FWHM) van 10-30 MHz, die verder kan worden teruggebracht tot 3,4 MHz met specifieke technieken 4,5,6,7. Op basis van deze kenmerken kan SBS ook worden toegepast in microgolffotonicafilters 8,9,10, optische filters11, langzaam en snel licht 12,13,14 en optische spectroscopie met hoge resolutie 7,15.

Een van de meest veelbelovende SBS-toepassingen is gedistribueerde Brillouin-detectie. Deze sensoren maken gebruik van de BFS-afhankelijkheid van temperatuur en spanning. De eerste die werd gedemonstreerd was de Brillouin optische tijddomeinanalysator (BOTDA)16, de meest geconsolideerde tijddomeingedistribueerde Brillouin-detectietechniek. Het verschilt van de conventionele CW-SBS-interactie doordat het gebruik maakt van de SBS-interactie tussen een gepulseerde pompgolf en een sonde CW, zodat de milieu-informatie lokaal wordt ondervraagd op elk vezelgedeelte. De frequentie van de pomp of sonde staat meestal vast terwijl de sonde of de pompfrequentie wordt gescand in de buurt van de BFS. Het sondevermogen wordt geregistreerd voor BGS-reconstructie en de BFS is idealiter de piekfrequentie van de lokale BGS op elke vezelsectie. Vanwege de onvermijdelijke systeemruis is de BGS-piek echter meestal dubbelzinnig en moet er een passend algoritme worden toegepast17, wat leidt tot een bepaalde schattingsfout in frequentie18 en de meetresolutie beïnvloedt.

Statistisch gezien is de BFS-schattingsfout omgekeerd evenredig met de signaal-ruisverhouding (SNR) van het systeem. De meest eenvoudige manier om de SNR te verbeteren, is door de pomp- en sondekracht te vergroten. Deze worden echter beperkt door modulatie-instabiliteit (MI)19 en non-lokale effecten (NLE) van respectievelijk 20,21 tot ~20 dBm en -14 dBm. Talrijke technieken, zoals codering22 en Raman gebaseerde inline-versterking23 zijn voorgesteld om deze limieten te doorbreken. Onlangs is gemeld dat deze frequentiefout kan worden geminimaliseerd door een goed aanpasalgoritmete kiezen 24. Metingen die gebruik maken van de Brillouin-fase en een lineair aanpassingsalgoritme hebben ook een verminderde frequentiefout25, wat het potentieel aangeeft van een goed ontworpen BGS voor het verbeteren van de detectieprestaties. Een andere optie om SNR te verbeteren is ruisonderdrukking. Volgens het traditionele oogpunt komt de ruis van het detectiesysteem echter voornamelijk van de detector (d.w.z. common-mode ruis, inclusief donkere ruis, opnameruis, enz.)26,27 en verbetering is minder waarschijnlijk.

Het basisidee van dit artikel is om de BGS te ontwerpen door de superpositie van een conventionele BGS met twee symmetrische Brillouin-verliesspectra (BLS) (zie figuur 1). In vergelijking met een conventioneel BGS-spectrum, dat een Lorentziaanse vorm volgt, is het gemanipuleerde spectrum scherper en robuuster met hetzelfde niveau van systeemruis. De ruis heeft dus minder invloed op de bepaling van de piekfrequentie. Dit kan worden geverifieerd door de BGS-meetgegevens een statistisch significant aantal keren te verzamelen en aan te passen. Vanwege deze betere weerstand tegen de ruis worden verbeteringen in de detectieprestaties bereikt, waaronder het detectiebereik met 60% en een verdubbelde meetbaarheidsresolutie, d.w.z. een 50% verminderde frequentiefout. Door de betrokkenheid van de meting bij Brillouin verliesinteractie in een deel van de gemanipuleerde BGS, wordt een directe vergelijking van de sporenruis met en zonder Brillouin-interactie gemaakt. Door het omzeilen van de overtollige Brillouin-ruis is het spoor met de gemanipuleerde BGS veel duidelijker.

figure-introduction-1
Figuur 1: Schema van een gemanipuleerde BGS door de superpositie van één Brillouin-versterkings- en twee symmetrische Brillouin-verliesspectra. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Selectie van geoptimaliseerde parameters voor de spectrumengineering via simulatie

  1. Modelleer de gemanipuleerde BGS gSBS(ν,z) met de vergelijkingen28,29
    figure-protocol-1
    zoals geïmplementeerd door bijvoorbeeld het aanvullende MATLAB-script.
    OPMERKING: Hier is G(ν) de complexe versterkingscoëfficiënt, berekend in het script als G_complex binnen de SBS_g-functie voor de conventionele BGS of SBS_gl-functie voor de gemanipuleerde BGS; g(ν,z) is de lokale complex Brillouin-versterking; en gSBS en φSBS zijn het echte en denkbeeldige deel van g(ν,z) en symboliseren respectievelijk de BGS- en SBS-faserespons op de locatie z vanaf het einde van de pomplancering. In het schrift wordt gSBS gesymboliseerd door de variabelen SBS_g_log en SBS_gl_log voor respectievelijk de conventionele en gemanipuleerde BGS op logaritmische schaal. P p = 20 dBm (P_pump in het script) is het piekvermogen van de pomppuls aan het uiteinde van de vezellancering; νB is de BFS (genormaliseerd in het schrift); g0 = 0,2 W-1 m-1 (g0 in het script) is de Brillouin-versterkingscoëfficiënt; ΔνB = 50 MHz (gamma_B in het script) is de FWHM van de BGS; α = 0,2 dB/km is de vezelverliescoëfficiënt en wordt weergegeven door alpha_log en alpha_lin als de waarde in respectievelijk logaritmische en lineaire schaal in het script; ν is de golffrequentie van de sonde, zodat de frequentieverschuiving van de pomp en de sonde ν - νB wordt gescand van -250 MHz tot 250 MHz. De frequentieverschuiving van pomp en sonde wordt in het script weergegeven als de globale vector f. De term g1 = mg0 is de verliesfactor; 2d∙ΔνB is de frequentieverschuiving tussen de twee verliezen; en Leff = 10 m (L_eff in het script) is de Brillouin-interactielengte voor 100 ns pulsbreedte. De ontworpen spectrale vorm kan eenvoudig worden aangepast door twee genormaliseerde factoren, m en d, op elkaar af te stemmen. De conventionele BGS kan eenvoudig worden gemodelleerd met m = 0.
  2. Voeg willekeurige ruis toe (d.w.z. additieve witte Gaussiaanse ruis) met hetzelfde niveau, zowel op de conventionele als op de technische BGS. Door de parameter noise_level in het script aan te passen, kan het ruisniveau worden gewijzigd.
  3. Pas de conventionele ruisrijke BGS aan met de Lorentzian-functie (Lorentz_g_gain_fun functie in het script) en de gemanipuleerde ruisrijke BGS met de gesuperponeerde Lorentzian-functie (Lorentz_gl_gain_fun functie in het script) (zie afbeelding 2A).
  4. Bepaal de piekfrequentie-offset als gevolg van de ruis voor de conventionele en technische BGS (Figuur 2B).
  5. Herhaal stap 1.2-1.4 voor N = 500 en verzamel alle piekfrequentie-offsets Δfci en Δfpi (respectievelijk weergegeven door delta_g_g en delta_g_gl in het script) voor respectievelijk de conventionele en technische BGS in het i-de proces.

figure-protocol-2
Figuur 2: Gesimuleerde BGS. (A) Demonstratie van de aanpassing van een typische Lorentzian (rood) en technische (blauw) BGS in de simulatie. (B) De Lorentzian BGS-piek vanaf (A). Δfci staat voor de BFS-schattingsfout voor de conventionele BGS in de i-de meting. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

  1. Bereken de verhouding van de standaarddeviatie van de door lawaai veroorzaakte BFS-schattingsfouten als:
    figure-protocol-3
  2. Zet η als functie van m en d (zie figuur 3A). Zoek de minimumwaarde ηmin en de bijbehorende m en d. Het voordeel van de schattingsnauwkeurigheid blijft behouden langs de hele vezel28.
  3. Stem de waarde van z (d.w.z. de vezellengte, ook z in het script) in vergelijking (2) af van 0 km tot 60 km, stap 50 m en herhaal stap 1.1-1.7 met enkele geselecteerde m - en d-waarden . Dan kan de verhouding van de standaarddeviatie als functie van de vezellengte worden verkregen (zie figuur 3B).

2. Bereid de conventionele BOTDA-opstelling voor en test deze (gemarkeerd blok in figuur 4B)

  1. Zet de laserdiode (LD) aan en controleer de functionaliteit van de LD met de optische spectrumanalysator (OSA). Meestal wordt een golflengte rond de 1.550 nm gebruikt.
  2. Sluit de LD aan met de 10:90 optische koppeling (OC). Controleer het vermogen van de 10% OC-uitgang. Als het vermogen hoger is dan 13 dBm (het maximale ingangsvermogen van de polarisatiescrambler [Pol.S.]), verlaag dan het LD-uitgangsvermogen door de LD-stroom te verlagen.
  3. Sluit de 10% OC-uitgang aan op de Pol.S. Om polarisatie fading1 te voorkomen, stelt u de scrambling frequentie in op 1 kHz.
  4. Controleer de stroom van de uitgang van de Pol.S. Als het vermogen hoger is dan -3 dBm (de maximale ingangsvermogenslimiet van de optische halfgeleider amplifier [SOA]), voeg dan dempers toe totdat aan de stroomvereiste is voldaan. Sluit de Pol.S. met de SOA.
  5. Pas het elektrische pulstreinsignaal toe met een pulsbreedte van 100 ns en een herhalingsfrequentie van 4 kHz van de pulsgenerator (PG) op de SOA. Zorg ervoor dat de amplitude van het pulssignaal hoger is dan de transistor-transistor logische (TTL)-drempel van de SOA (d.w.z. 4 dBm) en dat de herhalingsfrequentie voldoet aan de round-trip-vereiste30.
  6. Sluit de uitgang van de SOA aan op de Erbium-gedoteerde vezelversterker (EDFA 1) en gebruik de EDFA in de automatische stroomregeling (ACC) modus. Sluit de uitgang van EDFA 1 aan op poort 1 van de circulator (Cir).
  7. Controleer het optische pulssignaal van poort 2 van Cir in de digitizer door deze aan te sluiten op de fotodiode (PD). Om schade aan de PD te voorkomen, is voldoende demping noodzakelijk.
  8. Bereken het piekvermogen van de optische puls aan de hand van de golfvorm die in de digitizer wordt gemeten. Het optische piekvermogen Po wordt geschat op basis van
    figure-protocol-4
    waarbij VE de piekspanning van de elektrische puls is en R en Rf de PD-responsiviteit en transweerstand zijn. Houd bij deze berekening rekening met de demping van de beveiliging, zodat een correct ingangspompvermogen in de te testen vezel (FUT, 10,6 km) wordt geëvalueerd.
  9. Noteer de EDFA-stroomwaarde I20 wanneer het berekende piekvermogen van de optische puls 20 dBm bereikt (MI-drempel19). De extinctieverhouding (ER) van de optische pulstrein kan worden beoordeeld op basis van het behoud van energie:
    figure-protocol-5
    waarbij Pavg het optische gemiddelde vermogen van de pulstrein is; frep is het herhalingspercentage; en τ is de pulsbreedte. De ER van de SOA is meestal meer dan 30 dBm, waardoor NLE31,32 efficiënt wordt vermeden.
    NOTITIE: Schakel de EDFA uit voordat u de PD loskoppelt en verder gaat met het bouwen van het systeem.
  10. Sluit poort 2 van de Cir aan op het ene uiteinde van de FUT om het instellen van de pomptak te voltooien. Controleer of het systeem last zal hebben van MI door het spectrum vanaf het andere uiteinde van de FUT in de OSA te controleren en de EDFA in te stellen op een constante stroomwaarde, I20. Als het gedetecteerde spectrum hetzelfde is (in vorm, niet noodzakelijkerwijs in amplitude) als het spectrum gemeten in stap 2.1, dan is het systeem vrij van MI. Anders, wanneer duidelijke spectrumverbreding of pieksplitsing33 wordt waargenomen, verlaagt u de EDFA 1-stroom om de spectrumvorm te behouden.
  11. Sluit de 90% output van de OC aan op een 50:50 OC 1 en sluit een van de OC 1 uitgangen aan op de Mach-Zehnder modulator (MZM 1) via een polarisatiecontroller (PC). Stel de polarisatie correct in, zodat de output van MZM 1 wordt gemaximaliseerd (polarisatie-uitlijning).
  12. Pas het radiofrequentiesignaal (RF) van de RF-generator (RFG 1) toe met de BFS van de FUT (voor SSMF rond 11 GHz) en de amplitude van 16 dBm op de MZM 1. Stel de DC bias voltage van de MZM 1 zo in dat de drager tot het minimum wordt onderdrukt.
  13. Sluit de uitgang van de MZM 1 aan op fiber Bragg rooster (FBG 1). Controleer het uitgangsspectrum van FBG 1 in de OSA, zodat de FBG 1 is ingesteld om de zijband van de bovenste frequentie en de draaggolf te blokkeren.
  14. Sluit de uitgang van de FBG 1 aan op de EDFA 2, nog een 50:50 OC 2 en een isolator (ISO) achtereenvolgens.
  15. Gebruik EDFA 2 ook in de ACC-modus en stel de huidige waarde in op Ig, zodat het uitgangsvermogen van de ISO lager is dan -14 dBm, waardoor NLE20 wordt geminimaliseerd. Schakel de EDFA uit voordat u de stroommeter loskoppelt en ga verder met het opbouwen van het systeem. Sluit de ISO-uitgang aan op het andere uiteinde van de FUT om de installatiebouw van de versterkingssondetak te voltooien.
  16. Sluit de Cir-poort 3 aan op de EDFA 4 (voor voorversterking34) en PD. Zet de EDFA op ACC-modus. De huidige waarde I4 zou het uitgangsvermogen van EDFA 4 kleiner moeten laten zijn dan de ingangslimiet van de PD. Sluit de PD RF-uitgang aan op een 10 MHz RF laagdoorlaatfilter35,36. Sluit de filteruitgang aan op de digitizer.
  17. Sluit de trigger van de digitizer aan op de gesynchroniseerde (of omgekeerde) uitgang van de pulsgenerator. Stel de digitaliseringsparameters als volgt in: Bemonsteringsfrequentie: 500 MSa/s; gemiddelde: 4.096 keer; Aantal monsters: 10.000.
  18. Stel de huidige waarde van EDFA 1, EDFA 2 en EDFA 4 in op respectievelijk I20, Ig en I4. Voer een traceringsopnameprogramma uit. Controleer het spoor dat in de digitizer is gemeten. Als de sporenamplitude het exponentiële verval volgt, is het detectiesysteem MI-vrij. Verlaag anders de huidige waarde van EDFA 1.

3. Meting met behulp van de conventionele BOTDA-opstelling en gegevensverwerking

  1. Stel de waarden van EDFA 1 en EDFA 2 in op respectievelijk I20 en Ig. Scan de frequentie van RFG 1 in het bereik van BFS ± 90 MHz met stappen van 1 MHz. Noteer het spoor van het opnameprogramma na elke scanstap.
  2. Bereken de lokale Brillouin-versterking door de spooramplitude (in de Brillouin-interactieperiode) te delen door elke DC-offset (niet-Brillouin-interactieperiode).
  3. Haal de BGS op bij elke vezelsectie door de gemeten luidruchtige BGS te monteren met de Lorentzian-fitting. Bepaal de FWHM van de conventionele BGS ΔνB0 uit de fitting.
  4. Herhaal stap 3.1 en 3.2 voor N = 48 keer en verzamel alle geschatte piekfrequentieverdelingen (BFS) langs de vezel νBci(z) in het eerste proces (zie figuur 5A).
  5. Bereken de BFS-schattingsfout als de standaarddeviatie van de gemonteerde BFS bij elke vezelsectie in de 48 metingen (zie figuur 5B).

4. De rest van de installatie voorbereiden

OPMERKING: In dit geval werden m = 1 en d = 1,24 gebruikt, volgens de simulatieresultaten (zie sectie 1 en figuur 3).

  1. Sluit de andere uitgang van de 50:50 OC 1 in de sondetak aan op de EDFA 3 en de 50:50 OC 3.
  2. Sluit een van de uitgangen van 50:50 OC 3 aan op een PC en MZM 2. Pas de polarisatie aan zodat de output van MZM 2 wordt gemaximaliseerd.
  3. Pas het RF-signaal van RFG 2 toe met BFS - d∙ΔνB0 en een amplitude van 16 dBm op MZM 2. Controleer het modulatiespectrum in de OSA en pas de biasspanning aan om de draaggolfamplitude te minimaliseren.
  4. Sluit de uitgang van MZM 2 aan op de ingang van een optische schakelaar (OS 1), een van de ingangen van 50:50 OC 4 en de FBG 2.
  5. Controleer het optische signaal in de OSA en pas de middengolflengte van FBG 2 aan zodat de draaggolf en de zijband met de lagere frequentie worden geblokkeerd (zie afbeelding 4A). De opzet van de verlies 1 sondetak is dan voltooid.
  6. Sluit de andere uitgang van de 50:50 OC 3 aan op een pc en MZM 3. Pas de polarisatie aan zodat de output van MZM 3 wordt gemaximaliseerd.
  7. Pas het RF-signaal van de RFG 3 toe met BFS + d∙ΔνB0 en 16 dBm amplitude op MZM 3. Controleer het modulatiespectrum in de OSA en pas de biasspanning aan om de draaggolfamplitude te minimaliseren.
  8. Sluit de uitgang van MZM 3 aan op een variabele optische demper (VOA) met een schakelfunctie (OS 2) en de andere ingang van 50:50 OC 4. Aangezien de offset tussen de frequenties van de verliessonde relatief klein is in vergelijking met het FBG 2-transmissievenster (enkele GHz), zal de draaggolf en de zijband met de lagere frequentie van MZM 3 ook worden geblokkeerd door FBG 2. De installatie van de loss 2-sondetak is dan voltooid.
  9. Sluit OS 1, open OS 2 en stel de stroomwaarde van EDFA 3 in op Il zodat het vermogen van de verliessonde 1 gelijk is aan -14 dBm (m = 1).
  10. Open OS 1, sluit OS 2 en pas de demping van VOA aan zodat het vermogen van de loss 2-sonde ook gelijk is aan -14 dBm.

5. Meting met behulp van de volledige voorgestelde BOTDA-opstelling en gegevensverwerking

  1. Sluit OS 1, sluit OS 2 en stel de huidige waarde van EDFA 1, EDFA 2, EDFA 3 en EDFA 4 in op respectievelijk I20, Ig, Il en I4. Scan de frequentie van de RFG 1 in het bereik van BFS ± 90 MHz in stappen van 1 MHz. Frequenties van RFG 2 en RFG 3 scannen dienovereenkomstig. Noteer het spoor van het programma na elke scanstap.
  2. Bereken de lokale Brillouin-versterking zoals in stap 3.2 en haal de gemanipuleerde BGS op bij elke vezelsectie door de gemeten luidruchtige BGS te monteren met de gesuperponeerde Lorentzian-functie.
  3. Herhaal stap 5.1 en 5.2 voor N = 48 keer en verzamel alle geschatte piekfrequentieverdelingen (BFS) langs de vezel νBpi(z) in het i-de proces (zie figuur 5A).
  4. Bereken de BFS-schattingsfout als de standaarddeviatie van de gemonteerde BFS bij elke vezelsectie in de 48 metingen (zie figuur 5B).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 3 toont de simulatieresultaten. Punten met η < 1 in Figuur 3A geven een kleinere frequentiefout (hogere meetbaarheidsresolutie) aan met de gemanipuleerde BGS. Hoe lager de waarde was, hoe groter het voordeel. De minimale verhouding was m = 1, wat aangeeft dat een multiprobe in plaats van een multipump-schema kan worden uitgevoerd (zie Discussie).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De meest kritische stap tijdens het experiment is de egalisatie van de drie sondemachten, zodat m = 1 en symmetrie tussen de twee Brillouin-verliesspectra wordt bereikt. Naast de afzonderlijke vermogenscontrole met behulp van de vermogensmeter op Cir-poort 2, zoals gepresenteerd in stap 4.9 en 4.10, kan de vermogensvereffening nauwkeuriger worden gecontroleerd in de digitizer. Door de RF 1-frequentie in te stellen op ~11 GHz (de vezel BFS) en EDFA 3 uit te schakelen, kan het con...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben. Thomas Schneider is medewerker van de Technische Universität Braunschweig. Cheng Feng ontvangt financiering van de Duitse Onderzoeksstichting en Niedersächsisches Vorab.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cheng Feng dankt haar dank aan de financiële steun van de Duitse Stichting voor Wetenschappelijk Onderzoek (SCHN 716/13-1, 716/15-2, 716/18-1, 716/26-1) en Niedersächsisches Vorab (NL-4 Project "QUANOMET").

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Huidige controller voor laserdiodeILX LightwaveLDX3220
DigitalisatorAcqiris SAU5309A-1039
Erbium-gedopte vezelversterker 1PhotopPTEDFA-A-PA-C-SCH-15
Erbium-gedopte vezelversterker 2LiCommOFA-TCH
Erbium-gedopte vezelversterker 3Calmar OptcomAMP-ST30
Erbium-gedopte vezelversterker 4PhotopPTEDFA-A-PA-C-SCH-15
Fiber Bragg-rooster 1Advanced Optics SolutionsT-FBG
Fiber Bragg-rooster 2Advanced Optics SolutionsT-FBG
Vezel onder testofs
IsolatorGeneral PhotonicsS-15-NTSS
Laserdiode3SP GroupA1905 LMI
Mach-Zehnder modulator 1AvanexIM10
Mach-Zehnder modulator 2AvanexIM10
Mach-Zehnder modulator 3AvanexIM10
Nanoseconde-besturingskaart voor halfgeleider optische versterkerHighland TechnologyT160-9 (28A160-9C)
Optische koppeling 10:90NewportBenchtop koppeling/WDM
Optische koppeling 50:50NewportBenchtop koppeling/WDM
Optische spectrumanalysatorHewlett Packard86145A
Optische schakelaar 1JDSUSN12-1075NC
FotodiodeThorlabsD400FC
PolarisatieverstomerGeneral PhotonicsPSY-101
PulsatiegeneratorHewlett Packard8082A
Radiofunctiegenerator 1AnritsuMG3692C
Radiofunctiegenerator 2Agilent TechnologyE8257D
Radiofunctiegenerator 3HTMT2100
Halfgeleider optische versterkerThorlabsSOA1013SXS
Temperatuurregelaar voor laserdiodeILX LightwaveLDT5948
Temperatuurregelaar voor halfgeleider optische versterkerTektronixTED200
Variabele optische attenuatorJDSUmVOA-A1Met optische schakelfunctie

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Motil, A., Bergman, A., Tur, M. [INVITED] State of the art of Brillouin fiber-optic distributed sensing. Optics & Laser Technology. 78, 81-103 (2016).
  2. Kurashima, T., Tateda, M. Thermal effects on the Brillouin frequency shift in jacketed optical silica fibers. Applied Optics. 29 (15), 2219-2222 (1990).
  3. Horiguchi, T., Kurashima, T., Tateda, M. Tensile strain dependence of Brillouin frequency shift in silica optical fibers. IEEE Photonics Technology Letters. 1 (5), 107-108 (1989).
  4. Preussler, S., Wiatrek, A., Jamshidi, K., Schneider, T. Brillouin scattering gain bandwidth reduction down to 3.4MHz. Optics Express. 19 (9), 8565-8570 (2011).
  5. Wiatrek, A., Preußler, S., Jamshidi, K., Schneider, T. Frequency domain aperture for the gain bandwidth reduction of stimulated Brillouin scattering. Optics Letters. 37 (5), 930-932 (2012).
  6. Preussler, S., Schneider, T. Bandwidth reduction in a multistage Brillouin system. Optics Letters. 37 (19), 4122-4124 (2012).
  7. Preussler, S., Schneider, T. Stimulated Brillouin scattering gain bandwidth reduction and applications in microwave photonics and optical signal processing. Optical Engineering. 55 (3), 031110(2015).
  8. Wei, W., Yi, L., Jaouen, Y., Morvan, M., Hu, W. Brillouin Rectangular Optical Filter with Improved Selectivity and Noise Performance. IEEE Photonics Technology Letters. 27 (15), 1593-1596 (2015).
  9. Feng, C., Preussler, S., Schneider, T. The Influence of Dispersion on Stimulated Brillouin Scattering Based Microwave Photonic Notch Filters. Journal of Lightwave Technology. 36 (22), 5145-5151 (2018).
  10. Feng, C., Preussler, S., Schneider, T. Investigation of the Dispersion Effect on Stimulated Brillouin Scattering based Microwave Photonic Notch Filters. 2018 International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP). , 1-4 (2018).
  11. Feng, C., Preussler, S., Schneider, T. Sharp tunable and additional noise-free optical filter based on Brillouin losses. Photonics Research. 6 (2), 132-137 (2018).
  12. Henker, R., et al. Gain enhancement in multiple-pump-line Brillouin-based slow light systems by using fiber segments and filter stages. Applied Optics. 48 (29), 5583-5588 (2009).
  13. Zhang, L., et al. Superluminal propagation at negative group velocity in optical fibers based on Brillouin lasing oscillation. Physical Review Letters. 107 (9), 93903(2011).
  14. Xing, L., Zhan, L., Xia, Y. Large delay tunable slow-light based on high-gain stimulated-Brillouin-scattering amplification in optical fibers. Chinese Science Bulletin. 54 (21), 3947-3952 (2009).
  15. Preussler, S., Wiatrek, A., Jamshidi, K., Schneider, T. Ultrahigh-resolution spectroscopy based on the bandwidth reduction of stimulated brillouin scattering. IEEE Photonics Technology Letters. 23 (16), 1118-1120 (2011).
  16. Horiguchi, T., Tateda, M. Optical-fiber-attenuation investigation using stimulated Brillouin scattering between a pulse and a continuous wave. Optics Letters. 14 (8), 408-410 (1989).
  17. Feng, C., Emad Kadum, J., Schneider, T. The State-of-the-Art of Brillouin Distributed Fiber Sensing. Brillouin Distributed and Fiber-bragg-grating-based Fiber Sensing - Principle, Measurement and Applications. , (2019).
  18. Soto, M. A., Thévenaz, L. Modeling and evaluating the performance of Brillouin distributed optical fiber sensors. Optics Express. 21 (25), 31347-31366 (2013).
  19. Alem, M., Soto, M. A., Thévenaz, L. Analytical model and experimental verification of the critical power for modulation instability in optical fibers. Optics Express. 23 (23), 29514-29532 (2015).
  20. Thévenaz, L., Mafang, S. F., Lin, J. Effect of pulse depletion in a Brillouin optical time-domain analysis system. Optics Express. 21 (12), 14017-14035 (2013).
  21. Iribas, H., Urricelqui, J., Mompó, J. J., Mariñelarena, J., Loayssa, A. Non-Local Effects in Brillouin Optical Time-Domain Analysis Sensors. Applied Sciences. 7 (8), 761(2017).
  22. Soto, M. A., Le Floch, S., Thévenaz, L. Bipolar optical pulse coding for performance enhancement in BOTDA sensors. Optics Express. 21 (14), 16390-16397 (2013).
  23. Angulo-Vinuesa, X., Martin-Lopez, S., Corredera, P., Gonzalez-Herraez, M. Raman-assisted Brillouin optical time-domain analysis with sub-meter resolution over 100 km. Optics Express. 20 (11), 12147(2012).
  24. Haneef, S. M., Yang, Z., Thévenaz, L., Venkitesh, D., Srinivasan, B. Performance analysis of frequency shift estimation techniques in Brillouin distributed fiber sensors. Optics Express. 26 (11), 14661-14677 (2018).
  25. Lopez-Gil, A., et al. Evaluation of the accuracy of BOTDA systems based on the phase spectral response. Optics Express. 24 (15), 17200-17214 (2016).
  26. Urricelqui, J., Soto, M. A., Thévenaz, L. Sources of noise in Brillouin optical time-domain analyzers. 24th International Conference on Optical Fibre Sensors. 9634, 963434(2015).
  27. Zornoza, A., Sagues, M., Loayssa, A. Self-heterodyne detection for SNR improvement and distributed phase-shift measurements in BOTDA. Journal of Lightwave Technology. 30 (8), 1066-1072 (2012).
  28. Feng, C., Lu, X., Preussler, S., Schneider, T. Gain Spectrum Engineering in Distributed Brillouin Fiber Sensors. Journal of Lightwave Technology. 37 (20), 5231-5237 (2019).
  29. Feng, C., Lu, X., Preussler, S., Schneider, T. Measurement accuracy enhancement of distributed Brillouin sensors based on gain spectrum engineering. Seventh European Workshop on Optical Fibre Sensors. 11199, 9(2019).
  30. Peled, Y., Motil, A., Tur, M. Fast Brillouin optical time domain analysis for dynamic sensing. Optics Express. 20 (8), 8584-8591 (2012).
  31. Feng, C., Iribas, H., Marinelaerña, J., Schneider, T., Loayssa, A. Detrimental Effects in Brillouin Distributed Sensors Caused By EDFA Transient. Conference on Lasers and Electro-Optics. , JTu5A.85(2017).
  32. Iribas, H., et al. Effects of pump pulse extinction ratio in Brillouin optical time-domain analysis sensors. Optics Express. 25 (22), 27896-27911 (2017).
  33. Tai, K., Hasegawa, A., Tomita, A. Observation of modulational instability in optical fibers. Physical Review Letters. 56 (2), 135-138 (1986).
  34. De Souza, K., Newson, T. P. Brillouin-based fiber-optic distributed temperature sensor with optical preamplification. Optics Letters. 25 (18), 1331(2000).
  35. Feng, C., Preussler, S., Emad Kadum, J., Schneider, T. Measurement Accuracy Enhancement via Radio Frequency Filtering in Distributed Brillouin Sensing. Sensors. 19 (13), 2878(2019).
  36. Kadum, J., Feng, C., Preussler, S., Schneider, T. Improvement of the measurement accuracy of distributed Brillouin sensing via radio frequency filtering. Seventh European Workshop on Optical Fibre Sensors. 19 (13), 3(2019).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Brillouin optische tijddomeinanalyserBrillouin versterkingsspectrumBrillouin verliesspectrumoptische probegolvenverbetering van de sensorkwaliteitverbetering van de meetwaarderesolutieruisonderdrukkingstechnieksymmetrische spectrumsuperpositiedrie probe configuratie
Video binnenkort beschikbaar

Gerelateerde artikelen