Um protocolo para analisadores ópticos no domínio do tempo de Brillouin baseado na engenharia do espectro de ganho é apresentado. Melhorias no desempenho de detecção, incluindo faixa de detecção e resolução de mensuração, são alcançadas e o excesso de ruído de intensidade de Brillouin é estudado. O protocolo apresenta uma nova maneira de melhorar o desempenho da detecção de Brillouin distribuído.
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Artigo de método
Otimizando analisadores ópticos no domínio do tempo Brillouin com base na engenharia de espectro de ganho
Neste artigo
Resumo
Resumo
Demonstrado é um método exclusivo para detectar o aprimoramento do desempenho em analisadores ópticos no domínio do tempo (BOTDA) Brillouin. Um espectro de ganho de Brillouin (BGS) é sobreposto a dois espectros de perda de Brillouin simétricos (BLS). Isso leva a uma forma de espectro de engenharia complexa que é mais resistente ao ruído do sistema de detecção. Em vez de apenas uma interação bomba e sonda como na configuração convencional do BOTDA, três ondas de sonda óptica são exploradas, com uma sonda localizada no BGS e as outras duas simetricamente no BLS. Devido à resistência e insensibilidade da forma do espectro projetado ao ruído, o desempenho de detecção é aprimorado em 60% e a resolução de medição é dobrada.
Introdução
A detecção de fibra distribuída (DFS) é um mecanismo exclusivo que emprega uma fibra inteira como meio de detecção. Tem atraído muito interesse devido à baixa perda de fibras; tamanho pequeno; e a capacidade de ser facilmente incorporado em várias estruturas, como barragens, pontes e edifícios, para realizar a vigilância ambiental como um sistema nervoso artificial. Em comparação com a aplicação de vários sensores pontuais tradicionais, como grades de Bragg de fibra (FBG), ele fornece uma solução mais eficiente e econômica em uma ampla gama de tarefas de detecção em larga escala, como monitoramento de infraestrutura e integridade estrutural1.
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Protocolo
1. Seleção de parâmetros otimizados para a engenharia de espectro via simulação
- Modele o BGS gSBS (ν,z) com as equações 28,29
conforme implementado, por exemplo, pelo script MATLAB suplementar.
NOTA: Aqui, G(ν) é o coeficiente de ganho complexo, calculado no script como G_complex dentro da função SBS_g para o BGS convencional ou função SBS_gl para o BGS projetado; g(ν,z) é o complexo local....
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Resultados
A Figura 3 mostra os resultados da simulação. Pontos com η < 1 na Figura 3A indicam um erro de frequência menor (maior resolução de medição) com o BGS projetado. Quanto menor o valor, maior a vantagem. A razão mínima foi em m = 1, indicando que um esquema multissonda em vez de multibomba pode ser realizado (ver Discussão). A Figura 3B mostra a di.......
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Discussão
A etapa mais crítica durante o experimento é a equalização das três potências da sonda para que m = 1 e a simetria entre os dois espectros de perda de Brillouin sejam alcançados. Além da verificação de potência separada usando o medidor de potência na porta Cir 2, conforme apresentado nas etapas 4.9 e 4.10, a equalização de potência pode ser verificada com mais precisão no digitalizador. Ao definir a frequência RF 1 para ~ 11 GHz (o BFS da fibra) e desligar o EDFA 3, o traço con.......
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Divulgações
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes. Thomas Schneider é funcionário da Technische Universität Braunschweig. Cheng Feng recebe financiamento da Fundação Alemã de Pesquisa e Niedersächsisches Vorab.
Agradecimentos
Cheng Feng deseja agradecer o apoio financeiro da Fundação Alemã de Pesquisa (SCHN 716/13-1, 716/15-2, 716/18-1, 716/26-1) e Niedersächsisches Vorab (Projeto NL-4 "QUANOMET").
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Controlador de corrente para diodo laser | ILX Lightwave | LDX3220 | |
| Digitizer | Acqiris SA | U5309A-1039 | |
| Amplificador de fibra dopada com érbio 1 | Photop | PTEDFA-A-PA-C-SCH-15 | |
| Amplificador de fibra dopada com érbio 2 | LiComm | OFA-TCH | |
| 3 | Calmar Optcom | AMP-ST30 | |
| Amplificador de fibra dopada com érbio 4 | Photop | PTEDFA-A-PA-C-SCH-15 | |
| Grade de Bragg de fibra 1 | Soluções Ópticas Avançadas | T-FBG | |
| 2 | Soluções Ópticas Avançadas | Fibra T-FBG | |
| em teste | de isolador | ||
| Diodo | S-15-NTSS | Fotônica Geral | |
| Modulador 3SP Group | A1905 LMI | ||
| Mach-Zehnder 1 | Modulador Avanex | IM10 | |
| Mach-Zehnder 2 | Modulador Avanex | IM10 | |
| Mach-Zehnder 3 | Avanex | IM10 | |
| Placa de acionamento de nanossegundos para amplificador óptico semicondutor | Highland Technology | T160-9 (28A160-9C) | |
| Acoplador óptico 10:90 | Acoplador de bancada Newport | / | |
| acoplador óptico WDM 50:50 | Acoplador de bancada Newport | / | |
| analisador de espectro óptico | Hewlett Packard | 86145A | |
| Interruptor óptico 1 | JDSU | SN12-1075NC | |
| Fotodiodo | Thorlabs | D400FC | |
| Polarização scrambler | General Photonics | PSY-101 | |
| Hewlett Packard | 8082A | Pulase | |
| 1 | Anritsu | MG3692C | |
| 2 | Agilent Technology | E8257D | |
| Gerador de função de rádio 3 | HTM | T2100 | |
| Amplificador óptico semicondutor | Thorlabs | SOA1013SXS | |
| Controlador de temperatura para díodo laser | ILX Lightwave | LDT5948 | |
| Controlador de temperatura para amplificador óptico semicondutor | Tektronix | TED200 | |
| Atenuador óptico variável | JDSU | mVOA-A1 | Com função de interruptor óptico |
Referências
- 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....
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