Оптико-электронные полигармонические системы зондирования и определения характеристик контура усиления Мандельштама-Бриллюэна для измерения температуры и растяжения/сжатия в одномодовом оптическом волокне

• Автор: Талипов, Анвар Айратович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ЗОНДИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТУРА УСИЛЕНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА В ОДНОМОДОВОМ ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
1.1 Распределённые измерительные системы на основе эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна и другие области его применения

1.2 Способы зондирования и определения характеристик

контура усиления Мандельштама-Бриллюэна

1.3. Способы двухчастотного зондирования

1.4 Выводы по главе. Постановка задач дальнейших исследований

ГЛАВА 2. СПОСОБ ДВУХЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ КОНТУРА УСИЛЕНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА

В ОДНОМОДОВОМ ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ

2.1 Теоретическое обоснование способа двухчастотного зондирования и определения центральной частоты
контура усиления Мандельштама-Бриллюэна
2.2 Оценка способов обработки информации
на частотах спектральных составляющих зондирующего излучения
2.3 Имитационное моделирование способа двухчастотного зондирования контура усиления Мандельштама-Бриллюэна
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. СПОСОБ ЧЕТЫРЕХЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ КОНТУРА УСИЛЕНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА ДЛЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕГО ШИРИНЫ И МАКСИМАЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
3.1 Теоретическое обоснование четырехчастотного способа зондирования
и определения характеристик контура усиления Мандельштама-Бриллюэна
3.1.1 Способ зондирования контура усиления
с перестройкой разностной частоты двухчастотного излучения
3.1.2 Способ зондирования контура усиления
четырехчастотным излучением
3.2 Алгоритмы программного обеспечения для определения характеристик контура усиления Мандельштама-Бриллюэна по четырехчастотному способу
3.2.1 Алгоритмы программного обеспечения
для варианта с перестройкой разностной частоты
3.2.2 Алгоритмы программного обеспечения
для варианта с перестройкой разностной частоты
3.3 Имитационное моделирование способа определения характеристик контура усиления Мандельштама-Бриллюэна
3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОЗДАНИЮ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ПОЛИГАРМОНИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТУРА УСИЛЕНИЯ МАНДЕЛЫНТАМА-БРИЛЛЮЭНА В ОДНОМОДОВОМ ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ
ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
4.1 Анализ погрешностей измерений при реализации способов полигармонического зондирования и определения характеристик контура усиления Манделынтама-Бриллюэна
4.2 Формирование излучения накачки для возбуждения вынужденного рассеяния
Манделынтама-Бриллюэна
4.3 Формирование двухчастотного зондирующего излучения
4.4 Измерение центральной частоты контура усиления Манделынтама-Бриллюэна на экспериментальной макетной установке
4.5 Специальные способы определения характеристик контура усиления Манделынтама-Бриллюэна в одномодовом оптическом волокне
4.5.1 Метод двухчастотного сканирования
4.5.2 Метод маломодового зондирования
4.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
- АМ - амплитудная модуляция;
- ВРМБ — вынужденное рассеяние Манделынтама-Бриллюэна;
- ВБУ - волокно с бриллюэновским усилением;
- ВРБ - волоконная решетка Брэгга;
- Дет - детектор;
- ИО - исследуемый объект;
- КП - контроллер поляризации;
- ЛД - лазерный диод;
- ЛВР - лазер с внешним резонатором;
- ЛЧМ - линейная частотная модуляция;
- ММЦ — модулятор Маха-Цендера;
- ОВ - оптическое волокно;
- РЧ - радиочастота;
- СВЧ - сверхвысокие частоты;
- ТУВ - тестируемый участок волокна;
- УОР - устройство оптической развязки;
- ФД - фотодетектор;
- ФС - фазовый сдвиг;
- ЭОМ - электрооптический модулятор;
- APD (avalanche photodiode) - лавинный фотодиод;
- BOTDA (Brillouin optical time-domain analysis) - бриллюэновский оптический анализ во временной области;
- BER (bit error rate) - частота ошибочных битов;

! ГIIК KI 1И1 Г ! II! F № I I II 1 К Е I К I III В
измеренным и смоделированными данными. Такая минимизация эффективно реализована путем представления неизвестного (температурного-деформационного) контура конечным числом параметров. На рис. 1.7 представлен действительный температурный профиль, восстановленный с помощью непрямого метода и реконструированный с применением классического восстановления. Классическое восстановление отличается от нового метода применения частотной области тем, что решения дифференциальных уравнений с учетом гармонических решений и граничных условий для волн накачки и Стокса найдены для большого числа сдвигов частоты накачки-зондирования.
25 20
и $10

'50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1
Длина (м.)
Рис. 1.7- Восстановление температурного профиля с учетом шумов.
Входная мощность Стокса Рт0 = 0.1 мВт, входная мощность накачки Рс = 5 мВт.
В работе [51] представлены результаты экспериментальных измерений
акустических мод в волокне со смещенной дисперсией. Спектр акустических
мод чувствителен к профилю и геометрии легированного волокна. Поэтому
высокочувствительная Бриллюэновская спектроскопия является ценным
инструментом в разработке новых оптических волокон. Показан новый метод
решения для резонансных спектральных особенностей в микроволновой
фононной спектроскопии высокого разрешения, который указывает на наличие
7М моды. Использование перестраиваемых лазеров с внешним резонатором для
накачки и зондирования позволило достичь высокой чувствительности и

действ, профиль
• гарм. восст. (15 гарм.) — классич. восст

! 'у ? V