Оптимизация волоконно-оптических датчиков на расстоянии
DOI:
https://doi.org/10.55287/22275398_2026_59_15Ключевые слова:
волоконно-оптический датчик, дальний мониторинг, затухание, дисперсия, волоконная Брэгговская решетка (FBG), эрбиевый усилитель (EDFA), Рамановское усиление, отношение сигнал/шум, пространственное разрешениеАннотация
В статье выполнен детальный анализ уязвимостей различных типов ВОД (точечных на основе волоконных Брэгговских решеток – FBG, и распределенных – рефлектометров OTDR) к деградации сигнала на расстоянии. Установлено, что для распределенных систем доминирующим фактором, снижающим пространственное разрешение, является хроматическая дисперсия, в то время как для точечных датчиков критичным становится совокупное влияние затухания и шума усиления.
Научная новизна исследования заключается в предложении оригинальной комбинированной схемы, интегрирующей гибридный каскад усиления на основе эрбиевого волоконного усилителя (EDFA) и распределенного Рамановского усилителя, в совокупности с адаптивным блоком компенсации дисперсии на базе программируемых Брэгговских решеток с электронной обратной связью. В отличие от известных аналогов, данная схема обеспечивает не просто увеличение мощности сигнала, но и целенаправленное подавление шумовой составляющей и динамическую коррекцию дисперсионных искажений, адаптируясь к изменяющимся параметрам волокна.
Практическая значимость исследования определяется тем, что на основе численного моделирования продемонстрировано, что внедрение разработанного метода позволяет для модели распределенного акустического датчика (DAS) на дистанции 150 км повысить отношение сигнал/шум на 4.8 дБ и сохранить пространственное разрешение на уровне ±3.5 метра, что недостижимо для классических систем с дискретным усилением. Полученные результаты открывают возможности для создания экономически эффективных систем мониторинга сверхбольшой протяженности с повышенной надежностью, востребованных в нефтегазовом секторе, энергетике и на объектах транспортной инфраструктуры.
Библиографические ссылки
1. Popov SM, Kolosovskiy AO, Voloshin VV, et al. Optical fibers with an array of weak fiber Bragg gratings inscribed during fiber drawing [Opticheskie volokna s massivom slabykh volokonnykh Breggovskikh reshetok, zapisannye v protsesse vytyazhki]. In: Proceedings of the 10th All-Russian Dianov Conference on Fiber Optics (VKVO-2025). Moscow; 2025. p. 490–492. (In Russ.)
2. Safargulova LI, Salikhov AI. Measurement of optical fiber elongation under tensile testing [Izmerenie udlineniya opticheskogo volokna pri ispytanii]. In: Problems of Engineering and Telecommunication Technologies. Optical Technologies in Telecommunications: Proceedings of the XX International Scientific and Technical Conference; 2018. p. 77–78. (In Russ.)
3. Tolmacheva AI, Yakhunkina AA, Samarkin DS. Principles of signal transmission in optical fibers and main parameters of optical fibers [Printsipy peredachi signalov po opticheskomu voloknu]. Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovatsii. 2016;11(67):73–76. (In Russ.)
4. Alkhalabi Kh. Comparison of glass optical fibers and hollow-core optical fibers [Sravnenie steklyannykh opticheskikh volokon i volokon s polym serdechnikom]. In: Student Scientific Spring: Proceedings of the All-Russian Student Conference dedicated to the 170th anniversary of V.G. Shukhov. Moscow; 2023. p. 318–319. (In Russ.)
5. Malykh YuV, Shubin VV. Method for calculating radiation transmission efficiency from the lateral surface of a bent single-mode optical fiber to a receiving optical device [Metod rascheta effektivnosti peredachi izlucheniya]. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Series: Mathematical Modeling of Physical Processes. 2016;(1):69–79. (In Russ.)
6. Burdin VA, Burdin AV. Modeling of long fiber-optic transmission lines with two-mode optical fibers [Modelirovanie volokonno-opticheskoy linii]. In: Information Technologies and Nanotechnologies (ITNT-2017): Proceedings of the III International Conference. Samara; 2017. p. 225–230. (In Russ.)
7. Kondrashov AN, Krauzin PV, Ogleznev AA, et al. Modeling of a fiber-optic pressure sensor based on specially shaped optical fiber [Modelirovanie volokonno-opticheskogo datchika davleniya]. Foton-ekspress. 2023;6(190):485. (In Russ.)
8. Useinov RG, Dolgov II. Analytical description of radiation-induced optical absorption kinetics in pure optical fibers [Analiticheskoe opisanie kinetiki]. Foton-ekspress. 2015;6(126):142–145. (In Russ.)
9. Burdin VA, Burdin AV. Modeling of ultrashort optical pulse propagation in polarization-maintaining optical fiber [Modelirovanie rasprostraneniya ul'trakorotkogo impulsa]. Prikladnaya fotonika. 2019;6(1-2):93–108. (In Russ.)
10. Bogachkov IV. Detection of mechanically stressed regions in optical fibers in cables using Brillouin reflectometers [Opredelenie mekhanicheski napryazhennykh mest]. T-Comm: Telecommunications and Transport. 2018;12(12):78–83. (In Russ.)
