Przedstawiono protokół dla optycznych analizatorów w dziedzinie czasu Brillouin oparty na inżynierii widma wzmocnienia. Uzyskuje się poprawę wydajności wykrywania, w tym zasięgu wykrywania i rozdzielczości mierzonej wielkości, a także bada się nadmierne natężenie szumu Brillouina. Protokół wprowadza nowy sposób na zwiększenie wydajności rozproszonego wykrywania Brillouina.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Optymalizacja optycznych analizatorów w dziedzinie czasu Brillouin w oparciu o inżynierię widma wzmocnienia
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Zademonstrowana jest unikalna metoda wykrywania poprawy wydajności w optycznych analizatorach domeny czasu Brillouin (BOTDA). Widmo wzmocnienia Brillouina (BGS) jest nałożone na dwa symetryczne widma strat Brillouina (BLS). Prowadzi to do uzyskania złożonego, zaprojektowanego kształtu widma, który jest bardziej odporny na zakłócenia systemu czujników. Zamiast tylko jednej interakcji pompy i sondy, jak w konwencjonalnej konfiguracji BOTDA, wykorzystywane są trzy fale sondy optycznej, z których jedna znajduje się w BGS, a pozostałe dwie symetrycznie w BLS. Ze względu na odporność i niewrażliwość zaprojektowanego kształtu widma na szumy, wydajność wykrywania wzrasta o 60%, a rozdzielczość mierzonej wielkości jest podwojona.
Wprowadzenie
Rozproszony czujnik światłowodowy (DFS) to unikalny mechanizm, który wykorzystuje całe światłowód jako medium wykrywające. Cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na niską utratę włókien; mały rozmiar; oraz możliwość łatwego osadzania w różnych konstrukcjach, takich jak tamy, mosty i budynki, w celu prowadzenia nadzoru środowiska jako sztuczny system nerwowy. W porównaniu z zastosowaniem wielu tradycyjnych czujników punktowych, takich jak światłowodowe siatki Bragga (FBG), zapewnia bardziej wydajne i ekonomiczne rozwiązanie w szerokim zakresie zadań detekcyjnych na dużą skalę, takich jak monitorowanie stanu infrastruktury i konstrukcji1.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Wybór zoptymalizowanych parametrów dla inżynierii widma za pomocą symulacji
- Modeluj inżynierię BGS gSBS(ν,z) za pomocą równań28,29
zaimplementowany na przykład przez uzupełniający skrypt MATLAB.
UWAGA: Tutaj G(ν) jest zespolonym współczynnikiem wzmocnienia, obliczonym w skrypcie jako G_complex w funkcji SBS_g dla konwencjonalnego BGS lub funkcji SBS_gl dla zaprojektowanego BGS; g(ν,z
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Rysunek 3 pokazuje wyniki symulacji. Punkty z η < 1 w Rysunek 3A wskazują mniejszy błąd częstotliwości (wyższa rozdzielczość mierzonej wielkości) z zaprojektowanym BGS. Im niższa wartość, tym większa przewaga. Minimalny współczynnik wynosił m = 1, co wskazuje, że można przeprowadzić schemat multisondy zamiast wielopompowego (patrz Dyskusja). Rysunek 3B pokazuje rozk.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Najbardziej krytycznym krokiem podczas eksperymentu jest wyrównanie trzech mocy sondy tak, aby uzyskać m = 1 i symetrię między dwoma widmami strat Brillouina. Oprócz oddzielnej kontroli mocy za pomocą miernika mocy na porcie Cir 2, jak pokazano w krokach 4.9 i 4.10, wyrównanie mocy można dokładniej sprawdzić w digitizerze. Ustawiając częstotliwość RF 1 na ~11 GHz (światłowód BFS) i wyłączając EDFA 3, konwencjonalna ścieżka ze wzmocnieniem szczytowym może zostać zapisana w digitizerze (ścieżka I). Następnie częst.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych. Thomas Schneider jest pracownikiem Technische Universität Braunschweig. Cheng Feng otrzymuje dofinansowanie od Niemieckiej Fundacji Badawczej i Niedersächsisches Vorab.
Podziękowania
Cheng Feng pragnie podziękować za wsparcie finansowe ze strony Niemieckiej Fundacji Badawczej (SCHN 716/13-1, 716/15-2, 716/18-1, 716/26-1) i Niedersächsisches Vorab (Projekt NL-4 "QUANOMET").
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Regulator prądu do diody laserowej | ILX Lightwave | LDX3220 | |
| Digitizer | Acqiris SA | U5309A-1039 | |
| Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem 1 | Photop | PTEDFA-A-PA-C-SCH-15 | |
| Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem 2 | LiComm | OFA-TCH | |
| Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem 3 | Calmar Optcom | AMP-ST30 | |
| Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem 4 | Photop | PTEDFA-A-PA-C-SCH-15 | |
| Światłowodowa siatka Bragga 1 | Zaawansowane rozwiązania optyczne | Bragga T-FBG | |
| 2 | Zaawansowane rozwiązania optyczne | T-FBG | |
| w testach | izolatora | ||
| General Photonics | S-15-NTSS | ||
| 3SP Group | A1905 LMI | ||
| Modulator Mach-Zehnder 1 | Avanex | IM10 | |
| Modulator Mach-Zehnder 2 | Avanex | IM10 | |
| Modulator Mach-Zehnder 3 | Avanex | IM10 | |
| Nanosekundowa płytka sterująca do półprzewodnikowego wzmacniacza optycznego | Highland Technology | T160-9 (28A160-9C) | |
| Łącznik optyczny 10:90 | Łącznik stołowy Newport | /WDM | |
| Łącznik optyczny 50:50 | Newport | /WDM | |
| Optyczny analizator widma | Hewlett Packard | 86145A | |
| Przełącznik optyczny 1 | JDSU | SN12-1075NC | |
| Fotodioda | Thorlabs | D400FC | |
| Scrambler polaryzacyjny | General Photonics | PSY-101 | |
| Generator Pulase | Hewlett Packard | 8082A | |
| Generator funkcji radiowych 1 | Anritsu | MG3692C | |
| Generator funkcji radiowych 2 | Agilent Technology | E8257D | |
| Generator funkcji radiowych 3 | HTM | T2100 | |
| Półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny | Thorlabs | SOA1013SXS | |
| Regulator temperatury do diody laserowej | ILX Lightwave | LDT5948 | |
| Regulator temperatury do półprzewodnikowego wzmacniacza optycznego | Tektronix | TED200 | |
| Zmienny tłumik optyczny | JDSU | mVOA-A1 | Z funkcją przełącznika optycznego |
Bibliografia
- Motil, A., Bergman, A., Tur, M. [INVITED] State of the art of Brillouin fiber-optic distributed sensing. Optics & Laser Technology. 78, 81-103 (2016).
- Kurashima, T., Tateda, M. Thermal effects on the Brillouin frequency shift in jacketed optic....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
