7月11日《Light: Science & Applications》杂志正式刊登了来自哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术国家重点实验室董永康课题组的周登望等研究人员的文章。研究人员们巧妙使用光学啁啾链探测波来消除布里渊频谱扫频的要求，通过单个泵浦脉冲进行分布式超快应变测量。报道相关工作的题目为“Single-shot BOTDA based on an optical chirp chain probe wave for distributed ultrafast measurement”。

图1 光学啁啾链BOTDA的工作原理（a）光学啁啾链探测光（b）泵浦光和探测光频率关系

布里渊光时域分析（BOTDA）需要布里渊频谱的频率映射，以获得传感光纤长度上的环境信息（例如温度或应变），而有限的频率扫描时间使得只有低频的应力或者温度变化才能被感知。光学啁啾链（OCC）利用频率捷变技术，通过覆盖相对于泵浦光的斯托克斯频率附近较大范围快速变化的微波产生，从而实现沿光纤的分布布里渊增益谱，这种技术可以实现MHz级宽动态范围的测量。如图1所示，光学探测波在几十纳秒内被N个频率从υ1调制到υN，产生一个类似于传统扫频方法时间压缩后的短光学啁啾段。一段一段短的光学啁啾段组成了探测波，也就是光学啁啾链。它有锯齿模式（光学啁啾段头尾结合相连）和三角模式（光学啁啾段头头和尾尾结合相连）。和传统BOTDA一样，泵浦波被整形成比光学啁啾段稍窄的脉冲。探测光和泵浦光从两个方向注入待测光纤中，当泵浦脉冲和光学啁啾链探测光之间的频差和布里渊频移（BFS）匹配时，由于放大作用，布里渊增益谱（BGS）可以在时域中沿光学啁啾段恢复。

图2 OCC-BOTDA实验装置图

研究人员利用双调制来产生宽频跨度的频移（见图2），90%的窄线宽光功率被当做泵浦光，首先被8.15GHz的正弦调制，之后被调制成10ns的脉冲，经过放大后的泵浦脉冲被光纤布拉格光栅滤出其高频边带注入待测光纤。光源另外10%的光被调制器频率下移形成光学啁啾链。在实验测试中也对25 kHz，2.5 MHz和6.25 MHz的周期性机械振动，机械冲击和开关事件的动态应变进行测量，得到了稳定和明显的效果。

图3 周期性振动的时间-位置响应 （a）分布式布里渊增益谱的时间演化 （b）60-62m段的背景图样（c）44-46m段布里渊增益谱的时间演化（d）4-6m段布里渊增益谱的时间演化（e）与t=0相减后的布里渊增益谱的时间演化

图4 开关时间的时频响应 （a）200次平均后布里渊增益谱与时间的关系（b）无平均布里渊增益谱与时间的关系（c）200次平均与无平均布里渊频移与时间的关系

微信分享

x

用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

网站内容来源于互联网、原创，由网络编辑负责审查，目的在于传递信息，提供专业服务，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的，请在 20个工作日内与我们取得联系，联系方式：021-80198330。网站及新媒体平台将加强监控与审核，一旦发现违反规定的内容，按国家法规处理，处理时间不超过24小时。