光频域反射计（OFDR）是一种分布式光纤测量技术。将扫频激光注入光纤链路，对后向瑞利散射光进行频域分析，定位光纤链路上的反射点位置及强度。由于其具有高精度、高空间分辨率等特点，广泛地应用于航空航天、智能结构、材料加工、光学网络监测、生物医学等高精度测量及制造领域。本文阐述了OFDR的基本原理，介绍了提升OFDR系统性能的关键技术研究进展，最后总结了OFDR在不同领域的应用，展望了未来的发展趋势。

针对光缆经常遭到工程施工破坏的问题, 提出了一种低成本的监测光缆线路沿线工程施工情况的振动预警定位系统, 采用多个基于单轴Sagnac干涉仪的振动预警模块实时监测多个光缆的振动情况, 通过相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)模块确定振动点的位置。实验表明该系统成本低、预警效果好。

为了实现大范围的光纤复合架空地线(OPGW)舞动探测,提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式振动测量技术。舞动引起单模传感光纤中的后向瑞利散射光的变化,将含有振动信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克耳孙干涉仪,利用干涉仪的臂长差实现相邻空间段的后向瑞利散射光干涉,采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息,实现对振动信号的准确测量。在输电线路舞动实验室进行了OPGW的舞动测试,实现了0.9 Hz舞动、2.3 Hz非舞动的检测。

为了实现大范围的水下微弱声波探测, 提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测（DAS）技术。声波振动引起单模传感光纤中后向瑞利散射光的变化, 将含有声波信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克尔逊干涉仪, 调节干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段的后向瑞利散射光干涉, 然后采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息, 实现声波信号的测量。实验搭建了一套基于DAS技术的水下声波测量系统, 该系统不仅能够实时准确定位两个声波位置, 还能还原声波的幅值、频率、相位等信息, 并且实现了1 kHz情况下的-148.8 dB(re rad/μPa)水下声压相位灵敏度, 100~1 500 Hz频率的频响平坦度在1.2 dB之内。实验结果证实DAS技术能够实时快速地实现多个声波信息的定量测量。

开展了光纤预警系统在实时监控振动信号时受到土壤温度影响的理论分析和实验研究。以基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统为基础, 土壤振动分析采用弹性半空间理论, 并与光纤传感理论相结合, 解释了温度对光纤预警系统中土壤振动信号的影响, 建立并分析了理论模型。通过对1.2km光纤预警系统的现场实验, 采集了在温度改变时土壤振动信号的变化。实验表明, 土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大, 说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境的影响。

基于相干后向瑞利散射原理搭建了一套分布式光纤传感系统, 并设计了一种优化的掺铒光纤放大器。以此为基础进行实验, 分析了消光比、传感距离和传感光纤前后端反射等几个关键因素对相干后向瑞利散射波形的影响。实验结果表明：适当地设计电光调制器偏置电压与掺铒光纤放大器, 可明显改善注入脉冲信号峰值功率和消光比；由于注入信号光消光比的限制, 短距离传感比长距离传感更容易获得优良的散射信号；消除传感光纤前后端的菲涅耳反射也能显著提升散射信号的质量与稳定性。