1.1 布里淵分布式光纖傳感技術研究

       主要研究基于自發布里淵散射的布里淵光時域反射（BOTDR）與基于受激布里淵散射的布里淵光時域分析（BOTDA）光纖傳感技術，用于溫度和應變等參量的連續分布式測量。

1.1.1 多波長BOTDR和零差BOTDR技術研究

       使用多波長探測光，可在避免非線性效應的前提下提高系統的信噪比，亦可比單波長測量獲得較高的測量效率。使用零差BOTDR技術，是利用LEAF、SMF28e+等光纖中多個布里淵散射的互拍信號，無需參考信號和布里淵散射譜掃描，即可獲得溫度和應變的雙參量連續分布式測量。

多波長外差BOTDR系統結構圖

C. Li, Y. Lu, X. Zhang and F. Wang, Electronics Letters, 48(18):1139-1141, 2012

基于零差BOTDR的溫度和應變同時測量

Y. Lu, et. al, IEEE Photonics Technology Letters, 25(11): 1050-1053, 2013

       此外，該實驗室在還開展了電光調制器的消光比對BOTDR系統信噪比影響的研究（Y. Lu, et.al, Optics Communications, 297:48-54, 2013），提出了解決BOTDR系統空間分辨率與頻率測量精度這對矛盾的布里淵散射信號處理方法（Y. Yao, Y. Lu, et.al, IEEE Photonics Technology Letters, 24(15):1337-1339, 2012），成功利用BOTDR技術實現纜內光纖殘余熱應變的高分辨率測量（Y. Lu, et.al, Optics and Lasers in Engineering, 49(9-10):1111-1119, 2011），提出了基于Hadamard序列的脈沖編碼BOTDR技術（Y. Lu, et.al, The 9th International Conference on Optical Communications and Networks, 2010），利用分段傅里葉變換對BOTDR系統獲得的布里淵信號處理，以縮短信號采集環節的測量時間（F. Wang, et.al, Measurement Science and Technology, 20(2):025202, 2009 ）。

1.1.2 暗基底探測脈沖光的BOTDA技術研究

暗基底探測脈沖光

       提出如圖所示的一種暗基底探測脈沖光，用于進行BOTDA的分布式傳感，可有效分辨出傳感光纖中很短長度上的存在的微小應變，該實驗室準確地測得了兩個間隔30 cm 的5 cm 長光纖上存在的應變。

測得的光纖中的布里淵頻移分布。

   F. Wang, X. Bao, L. Chen, Y. Li, J. Snoddy, and X. Zhang, Opt. Lett. 33, 2707-2709 (2008).

1.1.3 傳感系統中偏振相關性的影響及抑制研究

       光波的偏振性對基于布里淵效應的光纖傳感有較大的影響。該實驗室研究新的方法來消除布里淵光纖傳感系統中的偏振相關噪聲。如圖所示，為利用與馬赫曾德干涉儀相似結構的構造來消除布里淵光纖傳感系統中的偏振相關噪聲。通過圖中虛線所標示的結構，偏振相關噪聲得到了有效的消除，如圖中測得的光纖沿線的布里淵譜分布所示。

消除偏振相關噪聲的BOTDR實驗裝置示意圖

測得的光纖沿線的布里淵譜分布。（a）為利用新方法獲得的結果。（b）為直接測量得到的結果。

 F. Wang, C. Li, X. Zhao, and X. Zhang, Appl. Opt. 51, 176-180 (2012).

1.1.4 布里淵光纖激光器及其在BOTDR中的應用

       自發布里淵散射信號一般利用相干檢測的方法來提高檢測信噪比。單頻布里淵光纖激光器可以用于得到與傳感光纖布里淵stocks光頻率接近、單模輸出、功率穩定的低噪聲本振光。該方案的顯著優點在于可以節省高功率的微波移頻器件，有利于系統的小型化和提高穩定性。除用于BOTDR系統外，單模連續光輸出的布里淵光纖激光器由于其極窄的線寬、極好的相干性，在光纖陀螺、光纖傳感、以及相干光通信系統中具有廣泛的應用。

  使用單頻布里淵光纖激光器的BOTDR系統結構圖

特別感謝南京大學光通信工程研究中心提供此方案，謹為學習之用。