基于紫外曝光光纤的信噪比增强型分布式光纤传感机理研究
结题报告
批准号:
61605077
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
王祥传
依托单位:
学科分类:
F0503.传输与交换光子器件
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
薛敏、傅剑斌、陈希伦、卿婷
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中文摘要
分布式光纤传感技术可实现高空间分辨率、高灵敏度的长距离连续监测,可在现代生产生活中发挥重要的作用。然而由于单模光纤的背向散射非常弱且受激布里渊散射(SBS)阈值较低,严重限制了分布式光纤传感系统的信噪比,制约了其发展与应用。本项目拟通过对单模光纤进行均匀和非均匀紫外(UV)曝光,分别实现传感光纤背向散射的增强和SBS阈值的提高,进而成数量级的提升分布式光纤传感系统的信噪比。项目将基于偶极子理论建立均匀紫外曝光光纤背向散射的解析模型,阐明背向散射增强的机理;基于强度耦合方程建立非均匀紫外曝光光纤SBS阈值的数值模型,揭示SBS阈值提升的规律;并据此研究基于紫外曝光光纤的信噪比增强型分布式光纤传感方案的实现。本项目将为实现高信噪比分布式光纤传感系统奠定理论和实验基础,形成的设计方法也可以推广到基于其他类型光纤的分布式传感技术中,为进一步提升分布式光纤传感系统的性能提供有效手段。
英文摘要
Distributed fiber sensing technology can achieve high spatial resolution and high sensitivity for long distance monitoring, which makes the distributed fiber sensing technology play an important role in modern production and life. However, due to the ultra-weak back Rayleigh scattering coefficient and low stimulated Brillouin scattering (SBS), the signal to noise ratio (SNR) of distributed fiber sensing system is limited, which goes against with the development and application of distributed fiber sensing technologies. In this project, the SNR of the distributed fiber sensing system is improved for order of magnitude by using the fiber exposed by UV light uniformly and inhomogeneous, respectively. The mechanism of the improvement of the uniform UV exposure fiber’s back Rayleigh scattering would be studied using dipole theory. Moreover, the law of the enhancement of the inhomogeneous UV exposure fiber’s SBS threshold would be studied using intensity coupling equation. Then, the SNR enhanced distributed fiber sensing technologies would be developed according to above conclusion. The research would provide a theory and practice foundation for the development on distributed fiber sensing technologies with high SNR. The design method of the project would also promote the development on other fiber based distributed fiber sensing technologies, which provides an effective mean for further improving the performance of distributed fiber sensing system.
本项目结合理论分析,数值模拟以及实验论证等手段,研究了紫外曝光光纤中散射系数提升的特性和机理,同时对传统基于瑞利散射的分布式传感技术进行优化,实现了基于紫外曝光光纤的信噪比增强型分布式光纤传感系统。在理论分析和技术研究方面,研究了UV曝光中背向散射系数提高机理,建立了均匀UV 曝光光纤提升背向散射系数的散射模型;提出了基于UV曝光光纤的分布式光纤传感技术,提出了基于遍历偏振入射光POTDR分布式传感系技术,并延伸提出了高精度光延时测量技术和光载全球导航定位系统(GNSS)的高精度三维基线测量技术。在数值模拟方面,改进了光纤玻片模型,使其更符合光纤传播的实际情况,并建立了其偏振态传输变化的仿真模型;在此基础上,建立基于遍历性偏振的入射光的POTDR的传感系统的仿真模型。在实验设计和性能验证方面,搭建了UV曝光光纤中背向散射系数实验测量系统,探索了UV曝光提升传感系统信噪比的最佳条件;利用UV曝光制造超弱散射点,解决UV曝光光纤难以长距离连续制造的难题,将背向瑞利散射系数大幅提升,进而实现了分布式光纤传感系统信噪比10倍的提升;搭建了基于遍历性偏振的入射光的POTDR的传感系统,实现了多位置不同频率和多位置同频率振动的准确测量;搭建高精度光延时测量系统,实现了微米量级的测量精度;实现了光载GNSS的高精度三维基线测量系统搭建及外场实验,实现了厘米量级的三维基线测量精度。. 综上所述,通过本项目的研究,明确了紫外曝光光纤增强分布式光纤传感系统信噪比的机理,并将基于紫外曝光光纤的分布式光纤传感技术信噪比提升了1个数量级;另外本项目提出的紫外曝光光纤的制备方法简单易行,可促进本技术的推广和应用。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Multi-vibration detection by probe pulses with ergodic SOPs in a POTDR system
POTDR 系统中通过探针脉冲与遍历 SOP 进行多振动检测
DOI:10.1364/oe.26.028349
发表时间:2018
期刊:Optics Express
影响因子:3.8
作者:Wang Xiangchuan;Hu Jintao;Wang Feng;Yong Yingqiong;Zhang Yixin;Xue Min;Zhang Xuping;Pan Shilong
通讯作者:Pan Shilong
DOI:10.1109/jlt.2018.2817506
发表时间:2018-07
期刊:Journal of Lightwave Technology
影响因子:4.7
作者:Zhang Bowen;Wang Xiangchuan;Pan Shilong
通讯作者:Pan Shilong
Optical Fiber Transfer Delay Measurement Based on Phase-Derived Ranging
基于相位导出测距的光纤传输延迟测量
DOI:10.1109/lpt.2019.2926508
发表时间:2019-08
期刊:IEEE Photonics Technology Letters
影响因子:2.6
作者:Li Shupeng;Wang Xiangchuan;Qing Ting;Liu Shifeng;Fu Jianbin;Xue Min;Pan Shilong
通讯作者:Pan Shilong
DOI:10.1109/jlt.2019.2921865
发表时间:2019-09
期刊:Journal of Lightwave Technology
影响因子:4.7
作者:Jiang Xin;Wang Xiangchuan;Zhao Angran;Yao Jianping;Pan Shilong
通讯作者:Pan Shilong
DOI:10.1117/1.oe.58.8.086102
发表时间:2019-08
期刊:Optical Engineering
影响因子:1.3
作者:Wang Xiangchuan;Wang Wei;Zhu Dan;Zhao Angran;Ma Weijia;Li Simin;Pan Shilong
通讯作者:Pan Shilong
基于光载北斗信号的高精度三维基线测量理论及其关键技术研究
  • 批准号:
    62075095
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    王祥传
  • 依托单位:
国内基金
海外基金