- •Федеральное агентство по образованию рф
- •Основы рефлектометрии
- •1.1 Рэлеевское рассеяние в волоконных световодах
- •1.2 Бриллюэновское рассеяние в волоконных световодах
- •1.3 Рамановское рассеяние в волоконных световодах
- •1.4 Эффект антистоксова излучения
- •2.1 Рефлектометрия во временной области
- •2.1.1 Рефлектометрия во временной области – традиционный подход.
- •2.1.2 Когерентная временная рефлектометрия.
- •2.1.3 Корреляционная рефлектометрия с применением псевдослучайного сигнала.
- •2.1.4 Слабокорреляционная рефлектометрия.
- •2.1.5 Рефлектометрия на основе счета фотонов.
- •2.2 Рефлектометрия в частотной области
- •2.2.1 Рефлектометрия с частотным сканированием.
- •2.2.2 Рефлектометрия с синтезом функции когерентности.
- •2.3 Поляризационная рефлектометрия
- •2.4 Выводы по главе
- •3.1 Временной когерентный симметричный рефлектометр
- •3.2 Симметричный некогерентный рефлектометр
- •3.3 Симметричный рефлектометр с синтезом функции когерентности
- •3.4 Обсуждение результатов
- •4.1 Изгибные потери в оптических волокнах
- •4.2 Искажения формы контура волоконной решетки Брэгга
- •4.3 Симметричные методы контроля изгибных потерь в вс и искажений контура врб
- •4.3.1 Симметричное зондирование участков вс с изгибными потерями
- •4.3.2 Симметричное зондирование контура врб
- •4.3.3 Мониторинг профиля контуров нескольких врб в волп
- •5.1 Системы несимметричной бриллюэновской рефлектометрии
- •5.2 Симметричный бриллюэновский рефлектометр
- •5.2.1 Физические принципы работы системы с симметричным двухчастотным гетеродинированием.
- •5.2.2 Схема экспериментальной установки.
- •5.2.3 Выводы по разделу.
- •5.3 Вопросы применения бриллюэновского рефлектометра
- •5.3.1 Бриллюэновский датчик механического напряжения вс.
- •3.3.2 Бриллюэновский датчик температуры.
- •6.1 Лазерные диоды
- •6.1.1 Многомодовые (mlm) лазеры, или лазеры с резонаторами Фабри-Перо.
- •6.1.2 Одномодовые (slm) лазеры.
- •6.1.3 Полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью (dfb).
- •6.1.5 Лазер с вертикальной резонаторной полостью и излучающей поверхностью (vcsel).
- •7.1 Амплитудно-фазовый метод преобразования одночастотного колебания в симметричное двухчастотное
- •7.2 Спектр выходного излучения амплитудно-фазовых электрооптических уфдли
- •7.3 Влияния параметров преобразования частоты на спектральный состав излучения на выходе аэм
- •7.4 Реализация симметричного уфдли
- •8.2 Конструкция детектора на основе кремниевого фотодиода
- •8.3 Обзор фотодиодных детекторов на основе InGaAs
- •8.4 Лавинные фотодиоды (apd)
- •8.4.1 Рабочие параметры apd.
- •8.4.2 Типы apd.
- •8.4.3 Apd с разделением процессов поглощения и умножения (sam apd).
- •8.5 Оптические приемники
- •Заключение
- •Список литературы
- •Глава 1 6
- •Глава 2 21
- •Глава 3 36
- •Глава 4 45
- •Глава 5 61
- •Глава 6 70
- •Глава 7 79
- •Глава 8 98
5.1 Системы несимметричной бриллюэновской рефлектометрии
Бриллюэновский частотный сдвиг зависит как от натяжения ВС, т.е. приложенных к нему механических нагрузок, так и от температуры. Это предоставляет широкие возможности для мониторинга его состояния.
В настоящий момент известно несколько типов бриллюэновских рефлектометров. Большинство из них определяют зависимость распределения механических нагрузок вдоль ВС по задержке между зарегистрированным бриллюэновским сдвигом и модулированным импульсом излучения накачки, при известной скорости распространения света в ВС. Данный метод известен под названием бриллюэновская оптическая рефлектометрия во временной области (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry – BOTDR) [27].
Некоторые типы BOTDR основаны на регистрации спонтанного бриллюэновского сигнала: короткие импульсы накачки монохроматичного излучения вводятся в один конец исследуемого ВС, в то время как обратнорассеянный с этого же конца свет автогетеродинируется с источником импульсов накачки, что приводит к изменению спектра сигнала.
В табл.5.1 приводятся сравнительные характеристики систем регистрации бриллюэновского сигнала.
Таблица 5.1.
Метод |
Точность |
Пространственное разрешение |
Диапазон измерения |
Время измерения |
Опто-волоконная петля |
Целост-ность ВС |
Бриллюэновская рефлектометрия на основе спонтанного бриллюэновского сигнала (BS BOTDR) |
30.0 με |
1 м |
80 км |
1200 мин. |
не требуется |
не требуется |
Улучшенная когерентная бриллюэновская рефлектометрия на основе спонтанного бриллюэновского сигнала (coherent BS BOTDR) |
20.0 με |
0.6 м |
30 км |
н/д |
не требуется |
не требуется |
Бриллюэновская рефлектометрия на основе вынужденного бриллюэновского сигнала с одним модулятором (single modulator SBS BOTDR) |
20.0 με |
0.6 м |
20 км |
120 мин. |
не требуется |
требуется |
Бриллюэновская рефлектометрия на основе вынужденного бриллюэновского сигнала со сдвоенным модулятором (dual modulator SBS BOTDR) |
2.1 με |
3 м |
н/д |
н/д |
требуется |
требуется |
Корреляционный анализ бриллюэновского сигнала (BOCDA) |
43.5 με |
0.012 м |
н/д |
0.01 мин. |
требуется |
требуется |
Другие методы основаны на вынужденном рассеянии Бриллюэна, для чего требуется одновременное распространение в противоположных направлениях по исследуемому ВС зондирующих импульсов и импульсов накачки. Импульсы накачки имеют ту же частоту, что и сигнал бриллюэновского рассеяния, амплитуду которого необходимо измерить. В этом случае степень натяжения ВС оценивается по коэффициенту бриллюэновского усиления, а не по абсолютной мощности бриллюэновского сигнала. Возможно получение зондирующих импульсов и импульсов накачки от одного лазерного источника с помощью модулятора Маха-Цендера [28].
Значительное улучшение пространственной разрешающей способности и скорости измерения можно получить при использовании корреляционного анализа бриллюэновского сигнала (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis – BOCDA) [29]. В настоящий момент существуют только экспериментальные образцы, реализующие данный принцип. К недостаткам корреляционного анализа и технологиям на основе вынужденного бриллюэновского сигнала относится необходимость доступа к обоим концам ВС, и полная неработоспособность в случае его повреждения.
В случае применения бриллюэновского рефлектометра, необходим доступ только к одному концу ВС. В данном случае система сохраняет способность сканировать доступную часть ВС при повреждении оптического волокна до точки разрыва. В случае единичного разрыва и доступа к обоим концам ВС остается возможность восстановить работоспособность системы, реализуя два отдельных сканирования.
Рост практического применения бриллюэновских рефлектометров в последнее время сдерживается сложностью оборудования для обработки обратнорассеянного сигнала и его высокой стоимостью. Известные на данный момент рефлектометры [8, 30] имеют ряд недостатков: большая длительность одного цикла измерений, наличие сложных дорогостоящих узлов: сдвигатель частоты, стабильный одночастотный лазер, субнаносекундные импульсные усилители, преобразователи и др. Отсюда следует необходимость в разработке эффективного способа обработки сигнала бриллюэновского рассеяния.