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 (BSBOTDR)	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.

Дата добавления: 2015-04-30