1.1 布里渊分布式光纤传感技术研究

       主要研究基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射（BOTDR）与基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术，用于温度和应变等参量的连续分布式测量。

1.1.1 多波长BOTDR和零差BOTDR技术研究

       使用多波长探测光，可在避免非线性效应的前提下提高系统的信噪比，亦可比单波长测量获得较高的测量效率。使用零差BOTDR技术，是利用LEAF、SMF28e+等光纤中多个布里渊散射的互拍信号，无需参考信号和布里渊散射谱扫描，即可获得温度和应变的双参量连续分布式测量。

多波长外差BOTDR系统结构图

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

基于零差BOTDR的温度和应变同时测量

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

       此外，该实验室在还开展了电光调制器的消光比对BOTDR系统信噪比影响的研究（Y. Lu, et.al, Optics Communications, 297:48-54, 2013），提出了解决BOTDR系统空间分辨率与频率测量精度这对矛盾的布里渊散射信号处理方法（Y. Yao, Y. Lu, et.al, IEEE Photonics Technology Letters, 24(15):1337-1339, 2012），成功利用BOTDR技术实现缆内光纤残余热应变的高分辨率测量（Y. Lu, et.al, Optics and Lasers in Engineering, 49(9-10):1111-1119, 2011），提出了基于Hadamard序列的脉冲编码BOTDR技术（Y. Lu, et.al, The 9th International Conference on Optical Communications and Networks, 2010），利用分段傅里叶变换对BOTDR系统获得的布里渊信号处理，以缩短信号采集环节的测量时间（F. Wang, et.al, Measurement Science and Technology, 20(2):025202, 2009 ）。

1.1.2 暗基底探测脉冲光的BOTDA技术研究

暗基底探测脉冲光

       提出如图所示的一种暗基底探测脉冲光，用于进行BOTDA的分布式传感，可有效分辨出传感光纤中很短长度上的存在的微小应变，该实验室准确地测得了两个间隔30 cm 的5 cm 长光纤上存在的应变。

测得的光纤中的布里渊频移分布。

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

1.1.3 传感系统中偏振相关性的影响及抑制研究

       光波的偏振性对基于布里渊效应的光纤传感有较大的影响。该实验室研究新的方法来消除布里渊光纤传感系统中的偏振相关噪声。如图所示，为利用与马赫曾德干涉仪相似结构的构造来消除布里渊光纤传感系统中的偏振相关噪声。通过图中虚线所标示的结构，偏振相关噪声得到了有效的消除，如图中测得的光纤沿线的布里渊谱分布所示。

消除偏振相关噪声的BOTDR实验装置示意图

测得的光纤沿线的布里渊谱分布。（a）为利用新方法获得的结果。（b）为直接测量得到的结果。

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

1.1.4 布里渊光纤激光器及其在BOTDR中的应用

       自发布里渊散射信号一般利用相干检测的方法来提高检测信噪比。单频布里渊光纤激光器可以用于得到与传感光纤布里渊stocks光频率接近、单模输出、功率稳定的低噪声本振光。该方案的显著优点在于可以节省高功率的微波移频器件，有利于系统的小型化和提高稳定性。除用于BOTDR系统外，单模连续光输出的布里渊光纤激光器由于其极窄的线宽、极好的相干性，在光纤陀螺、光纤传感、以及相干光通信系统中具有广泛的应用。

  使用单频布里渊光纤激光器的BOTDR系统结构图

特别感谢南京大学光通信工程研究中心提供此方案，谨为学习之用。