CC BY
78
6 декабря 2011 г, 1:20
МЕТРОЛОГИЯ
Когерентный рефлектометр с полупроводниковым источником излучения
Приведены результаты экспериментальных исследований пространственного разрешения и чувствительности опытного образца распределенного датчика вибраций и импульсного давления на основе когерентного оптического рефлектометра. Продемонстрирована возможность обнаружения человека, идущего в метре от закопанного кабеля. Источником излучения является полупроводниковый йРВ-лазер с внешней модуляцией и оптическим усилителем мощности. Результаты численного моделирования согласуется с основными экспериментальными результатами, и подтверждают возможность использования серийных ОРВ-лазеров в качестве источника излучения в когерентном рефлектометре. Создан экономичный и удобный для работы в полевых условиях прибор, удовлетворяющий по своим характеристикам требованиям большинства приложений когерентной рефлектометрии.
Нестеров Е.Т., Трещи ков В.Н.,
ООО 18"
Каминин В. А., На ним О.Е,
Московский государстве»*** университет им. М.В. Ломоносова
Введение
В последнее время возросла потребность в мониторинге вибраций сооружении повышенной ответственности, в распределенных системах диагностики возгораний и системах защиты от несанкционированного доступа. Метод когерентной оптической рефлектометрии (СОТОК) решает задачи распределенной диагностики наиболее эффективно, а в ряде случаев альтернатив ему не существует. Этим объясняется активизация исследований СОТОК и датчиков на их основе в последние годы [ 1 -4].
Для обеспечения высокой чувствительности когерентного рефлектометра к внешним воздействиям требуется импульсный источник излучения, обладающий одновременно узким спектром (большой длиной когерентности), воспроизводимостью частоты и большим контрастом Требуемая длина когерентности, являющаяся необходимым условиям возникновения интерференционной картины от случайно распределенных вдоль волокна россеивающих центров, обеспечи-
вается в непрерывных полупроводниковых лазерах, но трудно достижима в импульсном режиме из-за возникновения чирпа. Воспроизвод имость частоты на уровне десятых от ширины линии излучения, обеспечивающая стабильность интерференционной картины, необходима для дифференциальных измерений, что трудно получить в лазерах с прямой модуляцией. Большой контраст, порядка отношения длины тестируемого волокна к длине импульса (порядка 50 дБ) необходим для устранения фонового излучения, снижающего видностъ интерференционной картины.
Для выполнения указанных требований и получения большой глубины модуляции интерференционной картины рефлекто-граммы в опубликованных работах использовались одномодовые волоконные лазеры различных конструкций (1 -2]. Однако волоконные лазеры являются сложными и дорогими устройствами, существенно ограничивающими возможности использования в полевых условиях. В работе (5] описан источник излучения на основе полупроводникового импульсного лазера, однако для его работы требовались тщательная система стабилизация и специально подобранный режим включения питания, что не позволяет эффективно управлять параметрами выходного излучения.
В работе (6] источником излучения служил полупроводниковый лазер, но используемая для стабилизации его частоты слож-
ная система, содержащая привязку частоты к линии поглощения молекулы НСЫ, вряд ли подходит для использования вне стен лаборатории. В настоящей работе описана конструкция и результаты экспериментальных исследований когерентного рефлектометра с передатчиком на основе полупроводникового РОС лазера с двойной модуляцией предложенного в (4).
Принцип действия
и области применения СОТО!?
Пр^цип действия СОТОЯ схож с принципом действия обычного рефлектометра: в тестируемую линию вводится мощный короткий зондирующий импульс, а временные зависимости мощности рассеянного назад излучения измеряются и анализируются с использованием различных алгоритмов обработки рефлектограмм Поскольку размер рассеивающих центров менее 10 нм — мал по сравнению с длиной волны, то свет на них рассеивается во все стороны, в том числе и назад в моду волокна. В когерентном рефлектометре рассеянное назад на отдельных релеевских центрах световое излучение складывается когерентно, т е складываются комплексные амплитуды рассеянных на отдельных центрах волн. В силу случайного распределения релеевских центров фазы рассеянных назад волн тоже случайны и, следовательно, мощность рассеянного назад излучения (рефлектограмма) также
36
Т-Сотт2010
