1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 上海中科神光光电产业有限公司，上海 201815
4 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站，上海 201602
分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级，光纤传感通道无法对波场进行密集采样，难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响，提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型，分析了光纤阵列相位误差来源，根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正；然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明，所提方法能够有效实现对目标源的二维定位，定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆，提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。
光纤光学 分布式声波传感 阵列信号处理 目标定位
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
分布式光纤水听器将光纤作为水下声波换能器阵列，是近年来发展的新型水听器技术，具有阵列灵活重构、易于大规模组网、湿端全自动制备等独特优势，得到了国内外相关领域的重点关注。介绍了分布式光纤水听器的基本传感原理与典型的信号解调方法，梳理了声压灵敏度、系统等效噪声、响应方向性、动态范围等分布式光纤水听器的重要性能指标与研究进展，并介绍了近年来分布式光纤水听器技术的应用概况。最后，对存在的问题与未来发展趋势进行了总结和展望。
分布式光纤水听器 分布式光纤声波传感 光纤传感 瑞利散射 水下目标探测
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院量子光学重点实验室，上海 201800
分布式光纤声波传感（DAS）技术以独特的动态在线监测、大范围密集测量、方便布设免维护等优势，获得了周界安防、结构健康、交通运输、油气勘探、海洋水声等多领域专家学者的广泛关注。同时，DAS技术可以方便地通过标准通信光缆或专用光缆形成大规模探测阵列，满足地球物理与自然灾害预测等领域的地震波检测需求，有望得到更广泛的应用。以新兴的地震波检测应用为切入点，结合调研情况，对DAS技术的基本传感原理、技术发展历程、地震波应用进展等进行论述，并分析DAS在地震波检测方向所面临的关键技术难题和未来发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306006
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
多芯光纤中有多个独立并行的空间信道,利用其实现空间分集,以解决基于传统单模光纤的分布式光纤声波传感系统所面临的信号衰落和信噪比受限问题。通过扇入扇出模块,在多芯光纤的其中四个纤芯中进行信号的独立传输和分集探测,并采用相干合并技术对多路信号进行有效合并。实验结果表明,外部扰动信号得到了很好的重构,信号衰落被抑制,系统的底噪较优化后单模光纤系统降低了5.2 dB。传感器表现出高水平的性能,带宽可达10 kHz,最低底噪达-85 dB。
光纤光学 多芯光纤 分布式声波传感 底噪
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
基于相干瑞利散射的分布式光纤声波传感(DAS)技术可以实时获取光纤沿线各位置的振动和声场信息,具有传感范围大、时空精度高等独特优势,近年来得到了多个领域研究学者的广泛关注。论述了DAS的基本传感机理,概述了相干衰落抑制、响应带宽与空间分辨率提升等关键科学技术问题的研究进展,介绍了DAS在安防、铁路等领域的应用进展,并针对DAS技术未来可能的发展方向进行了评述与展望。
散射 相干瑞利散射 相敏光时域反射计 光纤传感 分布式光纤声波传感 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 050001
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室培育基地, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
提出一种新型的基于内调制啁啾脉冲的高信噪比(SNR)直接探测型相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。通过理论分析可得,利用啁啾脉冲的方法并通过提高受激布里渊阈值可提高注入光能量,提高探测信号中的直流分量可使信号与噪声分离,进而提升SNR。提出一种φ-OTDR系统信噪比的综合评判方法,对SNR的统计特性进行分析。同时,开展了基于分布式反馈激光器的内调制直接探测型φ-OTDR系统实验研究,利用可调谐滤波器对内调制产生的频率啁啾范围进行控制,经对比实验验证,可得所提系统与传统φ-OTDR系统的信噪比期望相当,分布方差更小,测量可靠度更高的结论。此外,该系统还具有成本低、结构简单等优点,实际应用时可以利用光纤布拉格光栅代替可调谐滤波器,提升其应用的灵活性,为工程应用提供新的解决方案。
光通信 相位敏感光时域反射计 内调制 啁啾脉冲 信噪比 低成本
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了两种用于单纵模光纤激光器的窄线宽全光纤环滤波器,其由超低反光纤光栅和1个(或2个)2×2光纤耦合器构成。从理论上推导出两种滤波器的反射率表达式,并且对其反射率、窄线宽和群时延特性进行了详细的数值分析和实验验证。研究结果表明:由超低反光纤光栅和光纤耦合器构成的单环滤波器具有高反射率、超窄线宽和大群时延特性,表现出良好的慢光效应。双环滤波器除了保持了以上良好特性,还因游标效应,共振幅度可调,相对单环滤波器,具有更大的有效自由光谱范围(FSR)、更大的边模抑制比(SMSR)以及不易跳模等特点。所研究的光纤环形滤波器具有窄线宽、结构紧凑和低成本等优点,可用作光纤激光器的反射腔镜来进一步压窄激光器线宽,尤其是当双环滤波器用作腔镜时,激光器的线宽更窄,模式更稳定。
光纤光学 光纤滤波器 光纤环 光纤光栅 单纵模激光器 光学学报
2018, 38(10): 1006001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器及应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海波汇科技股份有限公司, 上海 201203
国家重大基础设施和关键区域的安全, 对于保障经济发展、****、社会稳定和人民生活具有极其重要的意义。基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统在入侵探测、周界安防和基础设施安全监控等方面具有独特的技术优势, 近年来受到各国科技界和工业界的广泛关注。详述了本课题组近10年来在该领域的研究成果, 包括Φ-OTDR定量化相位解调技术、信号干涉衰落的机理研究、超高频率响应带宽系统、超高空间分辨率系统、低噪声窄线宽单频激光器和激光扫频技术等方面的进展; 介绍了Φ-OTDR系统在周界安防和铁路安全监测等领域的工程应用, 并对Φ-OTDR的国内外发展趋势进行了简要的评述。
光纤光学 相位敏感光时域反射仪 定量化相位解调 周界安防 窄线宽单频激光器
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
在传统的布里渊光时域反射(BOTDR)技术中，空间分辨率和自发布里渊散射谱宽相互制约。针对这一问题，将探测光改进为超短双脉冲，并利用检测频谱包络的方法得到BOTDR系统的空间分辨率。该方法提高了BOTDR系统的空间分辨率，同时可避免压窄脉冲引起的布里渊增益谱展宽对测量精度的影响。实验表明，该方案能实现0.5 m空间分辨率的温度测量，避免自发布里渊散射谱发生较大展宽。
传感器 光时域反射技术 布里渊散射 超短脉冲对
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-state Laser and Applied Techniques, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Synet Optics Technology Corporation, Shanghai 200135, China
4 Bandweaver Technologies Co. Ltd., Shanghai 201203, China
A novel distributed passive vehicle tracking technology is proposed and demonstrated. This technology is based on a phase-sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR) that can sense and locate vibrations. Two algorithms, dynamic frequency-space image and 2D digital sliding filtering, are proposed to distinguish a car’s moving signals from severe environmental noises and disturbances. This technology is proved effective by field experiments for tracking a single car and multiple cars. This work provides a new distributed passive way for real-time vehicle tracking and this technology will be extremely important for traffic controlling and public safety in modern society.
060.2370 Fiber optics sensors 230.0250 Optoelectronics 290.5870 Scattering, Rayleigh Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 100603
