Engineering the properties of nonlinear optical effects for the improvement of distributed fiber sensors

设计非线性光学效应的特性以改进分布式光纤传感器

基本信息

项目摘要

Distributed optical sensors can be used for the monitoring of the infrastructure in smart cities and in rural areas. They are used for the distributed sensing of mechanical strain and temperature along motorways, railway-systems, pipelines, buildings, bridges and so on. The temperature sensing along motorways can be exploited to generate ice warnings and in pipelines leaks can be detected. By strain sensing in bridges, dams or buildings the mechanical structure can be controlled and defects can be detected immediately in order to prevent disasters for instance.For the distributed sensing the nonlinear effect of Raman or Brillouin scattering can be incorporated. However, distributed Brillouin sensors offer many advantages compared to Raman sensors. Brillouin sensors can have spatial resolutions in the centimetre range which is comparable to point sensors like fiber Bragg gratings. However, Brillouin sensors offer a fully continuous sensing over large distances, equivalent to many thousands of distinct point sensors and no special fiber preparation is required. Thus, for more safety and the efficient prevention of dangers related to natural threats (landslides, earthquakes, avalanches, floods, etc.) and to modern constructions (tunnels, railways, pipelines, bridges, etc.) distributed sensors are expected to have a very important economic impact in developed societies [Luc11]. Thus, over the last few years a strong research activity on SBS sensors has been seen. However, the sensing mechanism in Brillouin sensors depends on the frequency and lifetime of an acoustical wave, generated by the interaction between two optical waves. Its frequency is a measure for temperature and strain, whereas the phonon lifetime defines the spatial resolution. All Brillouin sensors up to now use just one of these acoustical waves for sensing. Thus, the maximum sensing length and the spatial resolution of these sensors is restricted. The aim of this project is to significantly improve distributed temperature and strain sensors by the engineering of the gain spectrum of stimulated Brillouin scattering.
分布式光学传感器可用于监测智能城市和农村地区的基础设施。它们用于沿高速公路,铁路系统,管道,建筑物,桥梁等的机械应变和温度的分布感应。可以利用沿高速公路的温度传感,以产生冰警告,并在管道中检测到泄漏。通过桥梁,大坝或建筑物中的应变感应,可以控制机械结构,并可以立即检测到缺陷以防止灾难。对于分布式感应拉曼或布里鲁因散射的非线性效应。但是,与拉曼传感器相比,分布式的布里鲁因传感器具有许多优势。布里鲁因传感器可以在厘米范围内具有空间分辨率,该分辨率与纤维bragg光栅等点传感器相当。但是,布里鲁因传感器在大距离上提供了完全连续的传感,相当于数千个不同的点传感器,并且不需要特殊的纤维制备。因此,为了获得更多的安全性和有效预防与自然威胁有关的危险(滑坡,地震,雪崩,洪水等),以及与现代建筑(隧道,铁路,管道,管道,桥梁等)分布式传感器的现代建筑(隧道,铁路,管道,桥梁等)有望在发达社会中具有非常重要的经济影响[Luc11]。因此,在过去的几年中,人们已经看到了SBS传感器的强大研究活动。但是,布里鲁因传感器中的传感机理取决于声波的频率和寿命,这是由两个光波之间的相互作用产生的。它的频率是温度和应变的度量,而声子寿命定义了空间分辨率。现在,所有Brillouin传感器都仅使用这些声波之一进行传感。因此,限制了这些传感器的最大传感长度和空间分辨率。该项目的目的是通过刺激的布里鲁因散射的增益光谱的工程来显着改善分布式温度和应变传感器。

项目成果

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Gain Spectrum Engineering in Distributed Brillouin Fiber Sensors
  • DOI:
    10.1109/jlt.2019.2930919
  • 发表时间:
    2019-10-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Feng, Cheng;Lu, Xin;Schneider, Thomas
  • 通讯作者:
    Schneider, Thomas
Measurement Accuracy Enhancement via Radio Frequency Filtering in Distributed Brillouin Sensing
  • DOI:
    10.3390/s19132878
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Feng, Cheng;Preussler, Stefan;Schneider, Thomas
  • 通讯作者:
    Schneider, Thomas
Sharp tunable and additional noise-free optical filter based on Brillouin losses
  • DOI:
    10.1364/prj.6.000132
  • 发表时间:
    2018-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Feng, Cheng;Preussler, Stefan;Schneider, Thomas
  • 通讯作者:
    Schneider, Thomas
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  • DOI:
    10.1109/jlt.2018.2871037
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    C. Feng;S. Preussler;T. Schneider
  • 通讯作者:
    T. Schneider
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