近年來(lái)，隨著高亮度半導(dǎo)體泵浦技術(shù)、雙包層增益光纖技術(shù)、功率合束器等技術(shù)的進(jìn)步，高功率光纖激光器迅猛發(fā)展。目前，單模激光器的輸出功率已經(jīng)達(dá)到了20kW。在一定的制冷條件下，隨著光纖激光器輸出功率的提高，增益光纖中的溫度也隨之迅速升高。由于普通增益光纖涂覆層長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的許可溫度為 80℃，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作，必須對(duì)光纖激光器增益光纖的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。此外，研究發(fā)現(xiàn)，光纖中的溫度分布能夠顯著影響高功率光纖激光器的性能。增益光纖中的高溫會(huì)使高功率光纖激光器的穩(wěn)定性下降，并導(dǎo)致激光器中模式不穩(wěn)定現(xiàn)象（Mode Instability，MI）的發(fā)生。相關(guān)研究表明，增益光纖中內(nèi)部溫度越高，越容易產(chǎn)生模式不穩(wěn)定現(xiàn)象，低溫則不容易產(chǎn)生模式不穩(wěn)定現(xiàn)象。另外，光纖中過(guò)高的溫度分布會(huì)影響其它的非線性效應(yīng)，影響光纖激光器的輸出特性。因此，為了保證高功率光纖激光器的穩(wěn)定輸出，避免增益光纖在使用過(guò)程中的損傷，對(duì)增益光纖中的溫度分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常有必要的。目前，對(duì)于光纖激光器中增益光纖的溫度測(cè)量尚無(wú)較多研究，本文主要介紹傳統(tǒng)分布式光纖傳感的基本原理， 并根據(jù)現(xiàn)有高功率增益光纖溫度測(cè)量的結(jié)果，對(duì)比并說(shuō)明何種傳感方式有望用于高功率光纖激光器的溫度測(cè)量中，以期對(duì)高功率光纖激光器的溫度場(chǎng)測(cè)量提供參考，并對(duì)模式不穩(wěn)定、非線性效應(yīng)等現(xiàn)象的研究提供一種新的認(rèn)知手段。

　　
2、分布式溫度測(cè)量的分類

　　
分布式光纖傳感技術(shù)不僅具有一般光纖傳感器高精度的優(yōu)點(diǎn)，而且可以在沿光纖路徑上同時(shí)得到被測(cè)量場(chǎng)在時(shí)間和空間上的連續(xù)分布信息，在橋梁、油漆罐、高壓線路等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，分布式光纖傳感技術(shù)主要是基于光纖中的后向散射實(shí)現(xiàn)傳感，如瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射?；诤笙蛉鹄⑸涞姆植际焦饫w傳感技術(shù)主要有光時(shí)域反射法（OTDR，Optical Time Domain Reflectometry）和光頻域反射法（OFDR，Optical Frequency Domain Reflectometry）。 基于拉曼散射的全分布式光纖傳感技術(shù)主要有拉曼光時(shí)域反射技術(shù)（ROTDR，Raman Optical Time Domain Reflectometry）和拉曼光頻域反射技術(shù)（ROFDR，Raman Optical Frequency Domain Reflectometry）?；诓祭餃Y散射的全分布式光纖傳感技術(shù)主要有布里淵光時(shí)域反射技術(shù)（BOTDR，Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）、布里淵光時(shí)域分析技術(shù)（BOTDA，Brillouin Optical Time Domain Analysis） 、布里淵光頻域分析技術(shù)（BOFDA，Brillouin Optical Frequency Domain Analysis）和布里淵相干域分析技術(shù)（BOCDA，Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）。其中OTDR技術(shù)傳感距離長(zhǎng)（一般在千米量級(jí)），空間分辨率較低（一般在10m 左右），適用于測(cè)量長(zhǎng)距離光纖中的損耗和斷點(diǎn)。OFDR技術(shù)的傳感距離通常不超過(guò)100m，空間分辨率高（可以達(dá)到厘米量級(jí)甚至是微米量級(jí)），溫度分辨率高，適用于短距離光纖中高空間分辨率的溫度測(cè)量。ROTDR技術(shù)和ROFDR技術(shù)的傳感距離都較長(zhǎng)（幾百米至幾千米），空間分辨率較低（通常為幾十厘米）。BOTDR技術(shù)和 BOTDA 技術(shù)的傳感距離長(zhǎng)（千米量級(jí)），空間分辨率高（可達(dá)到厘米量級(jí)），能夠精確測(cè)量光纖中的溫度和應(yīng)力。BOFDA 技術(shù)和 BOCDA 技術(shù)的傳感距離較短（一般為幾十米至幾百米），空間分辨率高（可以達(dá)到厘米量級(jí)甚至是毫米量級(jí)），溫度分辨率高。表1對(duì)比了不同分布式傳感方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 相比于傳統(tǒng)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，高功率增益光纖中的溫度測(cè)量具有測(cè)量光纖長(zhǎng)度相對(duì)較短，空間分辨率和溫度分辨率要求較高，測(cè)量時(shí)間要求較短等特點(diǎn)?；诖?，本文重點(diǎn)研究了OFDR 技術(shù)、BOTDA 技術(shù)、BOFDA 技術(shù)和 BOCDA 技術(shù)的原理、發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用于增益光纖中溫度測(cè)量的可行性。

 

表1 不同傳感方式的主要技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用場(chǎng)合

　　
3、不同傳感方式的原理與現(xiàn)狀

　　
根據(jù)上文所述的分布式溫度測(cè)量的分類，考慮到高功率增益光纖溫度測(cè)量的空間分辨率要求較高，溫度分辨率要求較高，測(cè)量時(shí)間要求較短，而OTDR、ROTDR 和ROFDR等技術(shù)不能夠滿足上述條件。同時(shí)，在基于自發(fā)布里淵散射的 BOTDR 技術(shù)中，由于后向自發(fā)布里淵散射光較微弱（其功率比后向瑞利散射光功率低約20~30dB），其信號(hào)檢測(cè)比較困難。因此，本節(jié)主要介紹 OFDR 技術(shù)、BOTDA技術(shù)、BOFDA技術(shù)和BOCDA 技術(shù)的原理與現(xiàn)狀。

　　
3.1 OFDR 技術(shù)的原理與現(xiàn)狀

　　
3.1.1 OFDR 技術(shù)的基本原理

　　
OFDR技術(shù)最初是由德國(guó)Hamburg-Harburg大學(xué)的W.Eickhoff于1981年提出的， 其基本原理如圖1所示，線性掃頻光源輸出連續(xù)光被光纖耦合器分為兩路。其中一路光波注入到待測(cè)光纖中，該路激光在光纖中傳播時(shí)會(huì)不斷產(chǎn)生后向瑞利散射光，這些后向瑞利散射光成為信號(hào)光通過(guò)光纖耦合器耦合到光電探測(cè)器中。另一路光束經(jīng)過(guò)固定反射鏡反射后作為參考光返回耦合器， 同樣被耦合到光電探測(cè)器中。 光電探測(cè)器中得到的是參考光和待測(cè)后向瑞利散射光的混頻信號(hào)，而后將信號(hào)輸入到頻譜儀中，對(duì)其進(jìn)行頻譜測(cè)量。由于OFDR 技術(shù)中的激光光源為線性掃頻光源，故在光纖上不同位置x處的后向瑞利散射光的光頻不同。因此，通過(guò)檢測(cè)探測(cè)器上的光頻，可以獲知光纖上的位置信息，返回的瑞利散射光的振幅與光纖的局部散射因子以及振幅衰減因子成正比。通過(guò)在頻譜分析儀中進(jìn)行傅里葉變換，可以同時(shí)獲知光纖中所有位置處的后向散射光信息，這些信息和頻譜分析儀中的頻率Ω直接對(duì)應(yīng)。

 

在基于布里淵散射的光纖傳感技術(shù)中，空間分辨率和溫度分辨率相互制約：為獲得高的空間分辨率，傳感器必須采用窄脈寬的探測(cè)脈沖光，窄脈寬的探測(cè)脈沖光產(chǎn)生寬的布里淵增益譜，這將導(dǎo)致布里淵頻移測(cè)量精度的降低；并且窄脈寬的探測(cè)脈沖光意味著泵浦光、探測(cè)光和聲子的相互作用長(zhǎng)度變短，因而得到的布里淵信號(hào)變?nèi)酰綔y(cè)誤差變大，從而降低應(yīng)變和溫度的分辨率。為了克服以上困難，研究人員提出了一種基于差分脈沖對(duì)的BOTDA（DPP-BOTDA）技術(shù)，這種技術(shù)在不影響溫度分辨率的情況下實(shí)現(xiàn)了厘米量級(jí)的空間分辨率。

　　
DPP-BOTDA傳感系統(tǒng)采用一對(duì)脈寬相差幾納秒的光脈沖作為探測(cè)光來(lái)獲得傳感光纖的差分布里淵增益譜。這對(duì)探測(cè)脈沖光在傳感光纖中分別與泵浦光相互作用，得到兩組時(shí)域布里淵信號(hào)，此兩組時(shí)域布里淵信號(hào)相減，無(wú)應(yīng)變和溫度變化區(qū)域內(nèi)的布里淵信號(hào)將抵消，發(fā)生應(yīng)變與溫度變化處的布里淵信號(hào)將保留，最終得到的是這對(duì)探測(cè)光脈沖的脈寬差內(nèi)的差分布里淵信號(hào)。因此 DPP-BOTDA 傳感系統(tǒng)的空間分辨率與探測(cè)脈沖對(duì)的寬度差有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了在不影響溫度分辨率的情況下大大提高系統(tǒng)的空間分辨率。

　　
3.2.2 BOTDA 技術(shù)的研究現(xiàn)狀

　　
渥太華大學(xué)的Xiaoyi Bao實(shí)驗(yàn)組于2008 年實(shí)現(xiàn)了基于 DPP-BOTDA 技術(shù)的全分布式光纖傳感。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的光纖長(zhǎng)度為1km，其中有兩個(gè)間隔1m、各自長(zhǎng)度為0.5m的應(yīng)力變化區(qū)，其應(yīng)力變化大小分別為2000με和 3000με。本實(shí)驗(yàn)所達(dá)到的空間分辨率小于0.2m，傳感長(zhǎng)度為 1km，布里淵頻移的分辨率為3MHz，即溫度分辨率大約為2-3℃。

　　
2010 年，渥太華大學(xué)的梁浩等利用60/55ns的 512bit的歸零碼脈沖對(duì)對(duì)光纖進(jìn)行探測(cè)，最大測(cè)量范圍達(dá)到了50km， 空間分辨率達(dá)到了0.5m，布里淵頻移的分辨率達(dá)到了0.7MHz， 相當(dāng)于應(yīng)力分辨率達(dá)到了12με，溫度分辨率達(dá)到了0.7℃。2011 年，渥太華大學(xué)的Yongkang Dong等利用8/8.2ns、脈沖下降時(shí)間為150ps的脈沖對(duì)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)為2km光纖上的溫度測(cè)量，其空間分辨率為2cm，溫度分辨率達(dá)到了2℃。

　　
2010年，英國(guó)南安普頓大學(xué)的C. Gauregai等利用BOTDA方法測(cè)量了光纖激光器增益光纖中的溫度分布。在該實(shí)驗(yàn)中， 可調(diào)諧光源發(fā)出 1.55μm的光波分為兩路分別作為連續(xù)探針光和脈沖泵浦光（脈沖寬度為 30ns）。探針光被 EDFA（摻鉺光纖放大器）放大后輸入到增益光纖中，通過(guò)檢測(cè)探針光的頻移和強(qiáng)度，即可求得增益光纖中不同位置處的溫度。摻鐿光纖激光器的泵浦光波長(zhǎng)為 915nm，信號(hào)光波長(zhǎng)為 1.09μm。激光器的波長(zhǎng)和探針光的波長(zhǎng)互不相同，因此利用該方案對(duì)增益光纖進(jìn)行溫度探測(cè)不影響激光器的的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但該方案中所用的測(cè)量脈沖的脈寬為30ns，對(duì)應(yīng)的理論空間分辨率為3m，由此可見(jiàn)該種方法的空間分辨率還有待提高。利用 BOTDA 方法測(cè)量高功率光纖激光器中增益光纖溫度分布的理論與實(shí)驗(yàn)有待進(jìn)一步的研究。

　　
3.3  BOFDA 技術(shù)

　　
3.3.1 BOFDA 技術(shù)的基本原理

　　1996 年，德國(guó)科學(xué)家D.Garus等提出了一種基于布里淵頻域分析的光纖傳感技術(shù)（BOFDA 技術(shù)） 。相對(duì)于布里淵時(shí)域分析技術(shù)，布里淵頻域分析技術(shù)具有高空間分辨率、低探測(cè)光功率的優(yōu)點(diǎn)。BOFDA技術(shù)的實(shí)質(zhì)是基于測(cè)量光纖的傳輸函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量點(diǎn)定位的一種傳感方法。這個(gè)傳輸函數(shù)把探測(cè)光、泵浦光的復(fù)振幅與光纖的幾何長(zhǎng)度相互關(guān)聯(lián)起來(lái)，通過(guò)計(jì)算光纖的沖擊響應(yīng)函數(shù)確定光纖沿線的溫度和應(yīng)變信息。

　　
BOFDA 傳感系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，窄線寬泵浦激光器產(chǎn)生連續(xù)泵浦光被耦合到傳感光纖的一端，窄線寬探測(cè)激光器產(chǎn)生連續(xù)探測(cè)光經(jīng)電光調(diào)制器（EOM）后被耦合到傳感光纖的另一端，探測(cè)光的頻率比泵浦光的頻率低一個(gè)光纖的布里淵頻移。電光調(diào)制器（EOM）對(duì)探測(cè)光進(jìn)行振幅調(diào)制，調(diào)制角頻率為ωm。對(duì)于每一個(gè)調(diào)制頻率ωm，光電探測(cè)器探測(cè)光纖末端（z=L）的探測(cè)光和泵浦光強(qiáng)度的交流部分，從光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)由網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，得到傳感光纖的基帶傳輸函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行快速反傅里葉變換（IFFT），對(duì)于線性系統(tǒng)，這一傅里葉反變換的結(jié)果可近似為傳感光纖的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t），它包含了不同光纖位置處的溫度和應(yīng)變信息。

 

圖 5  BOFDA傳感系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖

　　
3.3.2 BOFDA 技術(shù)的研究現(xiàn)狀

　　
2011 年，意大利IREA 研究所的研究人員 Bernini R.等利用BOFDA技術(shù)測(cè)量了一段長(zhǎng)度為5.5m的光纖上的溫度和應(yīng)力分布。如圖 6 所示，從激光光源輸出的偏振光經(jīng)過(guò)耦合器后分為兩束，分別作為泵浦光和信號(hào)光。信號(hào)光經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器（IM1）和FBG后，光頻頻移大約為 10GHz。泵浦光被電光調(diào)制器（IM2）以頻率fm進(jìn)行振幅調(diào)制。經(jīng)過(guò)EDFA放大后，泵浦光和信號(hào)光傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器和網(wǎng)絡(luò)分析儀中進(jìn)行探測(cè)。該實(shí)驗(yàn)中基帶傳輸函數(shù)的頻率變化范圍為 450MHz 到 980MHz，步長(zhǎng)為 2MHz，能夠?qū)崿F(xiàn) 29mm 的空間分辨率。但該種方法的測(cè)量時(shí)間比較長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于幾米量級(jí)的光纖，其測(cè)量時(shí)間達(dá)到了 1 分鐘。如果測(cè)量長(zhǎng)為 1km 的光纖，要想達(dá)到同樣的空間分辨率，其測(cè)量時(shí)間可能要一小時(shí)。目前，還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道利用 BOFDA 方法測(cè)量光纖激光器中增益光纖溫度的研究。BOFDA 方法的空間分辨率高、溫度分辨率高，但該方案的測(cè)量裝置比較復(fù)雜，且測(cè)溫時(shí)間較長(zhǎng)，若將其應(yīng)用于光纖激光器增益光纖的溫度測(cè)量中，還需要進(jìn)一步的研究。

 

 

圖 6   BOFDA 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖

3.4  BOCDA 技術(shù)

　　
3.4.1 BOCDA 技術(shù)的基本原理

　　
BOCDA方法是東京大學(xué)的Kazuo Hotate 實(shí)驗(yàn)組于1999 年提出的，該種方法是基于泵浦光和探針光的相干特性共同激發(fā)光纖上某一個(gè)特定位置的受激布里淵散射而提出的。在 BOCDA 技術(shù)中，對(duì)泵浦光和探針光進(jìn)行相同的頻率調(diào)制（比如正弦波調(diào)制） ，受激布里淵散射只在兩光波相關(guān)峰位置處發(fā)生。 通過(guò)改變調(diào)制頻率（FM），可以改變光纖中相關(guān)峰的位置，從而實(shí)現(xiàn)光纖中布里淵增益譜的分布式測(cè)量。在該種系統(tǒng)中，測(cè)量范圍由相關(guān)峰的間隔決定，空間分辨率由相關(guān)峰的寬度決定。

　　
圖7顯示了一個(gè)BOCDA 系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，光源為一個(gè)波長(zhǎng)為1.5μm的分布反饋式激光二極管。通過(guò)調(diào)制激光器的輸入電流，光源的光波頻率呈現(xiàn)正弦式的變化。從光源輸出的光進(jìn)入耦合器后被分為兩路。在一路中，待測(cè)光纖（FUT）前的單邊帶調(diào)制器（single side-band modulator，SSBM）將光波頻率下移一個(gè)布里淵頻移，并作為探針光注入到待測(cè)光纖的一端。在另一路中，光波被 EDFA放大，并作為泵浦光注入到待測(cè)光纖的另一端。在待測(cè)光纖中的相關(guān)峰位置處發(fā)生受激布里淵散射，在光纖中的其它位置處，泵浦光和探針光的頻率差不斷進(jìn)行波動(dòng)，受激布里淵散射被抑制。基于此原理實(shí)現(xiàn)了連續(xù)光波在光纖中不同位置處的受激布里淵散射。通過(guò)改變泵浦光和探針光的頻率差，可以得到不同位置處（相關(guān)峰位置處）的布里淵增益譜（洛倫茲線型），讀取增益譜中的峰值頻率，即可得到該測(cè)量位置處的布里淵頻移。

 

圖 7 BOCDA 系統(tǒng)的原理圖

　　
3.4.2 BOCDA 技術(shù)的研究現(xiàn)狀

　　
BOCDA系統(tǒng)不用時(shí)域脈沖，因此空間分辨率并沒(méi)有被限制在1m的范圍內(nèi)。2002年，Kazuo Hotate課題組測(cè)量了繞在一個(gè)直徑為14.7cm的圓柱體上長(zhǎng)為1.5m光纖上的應(yīng)力分布，其空間分辨率達(dá)到了1cm。2007年，Kazuo Hotate課題組提出將BOCDA系統(tǒng)的光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制以抑制背景噪聲，實(shí)現(xiàn)了1km長(zhǎng)光纖上的壓力測(cè)量，空間分辨率為30cm。2012年，韓國(guó)KIST研究所的Ji Ho Jeong等提出對(duì)泵浦光進(jìn)行相位調(diào)制來(lái)抑制BOCDA系統(tǒng)中輸出增益譜的背景噪聲，實(shí)現(xiàn)了50m長(zhǎng)光纖上的壓力測(cè)量，空間分辨率為10cm。

　　
在BOCDA技術(shù)中，要提高空間分辨率，就要增大調(diào)制頻率的幅度。但當(dāng)調(diào)制頻率的幅度過(guò)大時(shí)，探針光的光譜和泵浦光的光譜會(huì)發(fā)生重疊。為了解決該問(wèn)題，Kazuo Hotate課題組于2006年提出同時(shí)將泵浦光和探針光在不同頻率處進(jìn)行拍頻鎖定探測(cè)的方案，該方案成功實(shí)現(xiàn)了1.6mm的空間分辨率，其理論最大測(cè)量范圍為5.3m。 這是目前用BOCDA方法得到的最高空間分辨率，但為了保證輸出信號(hào)的信噪比， 此次測(cè)量所用時(shí)間較長(zhǎng)，采樣頻率為0.1Hz。

　　
BOCDA系統(tǒng)的測(cè)量時(shí)間主要被微波頻率的改變速率限制。2003年，Kazuo Hotate課題組測(cè)量了光纖上一段長(zhǎng)為5cm的應(yīng)力振動(dòng)，單點(diǎn)的最大采樣速率為8.8Hz，應(yīng)力分辨率為38με。為了提高BOCDA系統(tǒng)的采樣速率，2005年，Kazuo Hotate課題組提出了一種基于時(shí)分復(fù)用的泵浦光和探針光的產(chǎn)生機(jī)制，基于此原理，2007年，Kazuo Hotate課題組在一段長(zhǎng)為20m的光纖上實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)最大采樣速率為1kHz的應(yīng)力測(cè)量，成功測(cè)量了光纖上頻率為200kHz的應(yīng)力變化，其空間分辨率為10cm，并且該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任意空間位置處溫度和應(yīng)力的測(cè)量。但該系統(tǒng)在測(cè)量不同位置處的溫度和應(yīng)力時(shí)，其采樣速率會(huì)大大降低，每秒鐘最多只能對(duì)幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣。2012年，Kazuo Hotate課題組進(jìn)一步提高了基于時(shí)分復(fù)用的BOCDA系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意不同位置處最大采樣速率為200Hz的應(yīng)力測(cè)量。利用BOCDA技術(shù)對(duì)光纖中溫度進(jìn)行傳感的空間分辨率較高，但該類系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜。若將該技術(shù)應(yīng)用于高功率光纖激光器增益光纖的溫度測(cè)量中，可能會(huì)使整體系統(tǒng)過(guò)于龐大而難于調(diào)試。因此，利用該技術(shù)對(duì)高功率光纖激光系統(tǒng)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)還有待進(jìn)一步的研究與探索。

　　
4、對(duì)比與分析

　　
OFDR技術(shù)基于光纖中的后向瑞利散射對(duì)待測(cè)光纖進(jìn)行分布式傳感，和OTDR技術(shù)相比，其空間分辨率大大提高。因此，該技術(shù)適用于對(duì)空間分辨率要求較高的溫度測(cè)量系統(tǒng)。Luna公司的Froggat等人利用此技術(shù)對(duì)光纖的溫度和應(yīng)力測(cè)量進(jìn)行了一系列的研究，取得了豐碩的研究成果，并制造出溫度分辨率高、空間分辨率高的測(cè)溫儀器。但由于受到光源相干長(zhǎng)度的限制，利用OFDR技術(shù)對(duì)光纖進(jìn)行傳感的最大傳感距離較短，通常只有幾十米。為了增加利用OFDR技術(shù)測(cè)溫的最大傳感距離，2014年，渥太華大學(xué)的Xiaoyi Bao實(shí)驗(yàn)組對(duì)傳統(tǒng)OFDR技術(shù)做了改進(jìn)，并測(cè)量了光纖中的溫度和應(yīng)力分布，取得了良好的效果。

　　
和OFDR技術(shù)不同的是，BOTDA技術(shù)基于光纖中的布里淵散射測(cè)量光纖中的溫度分布。由于布里淵增益譜的強(qiáng)度和頻移都和光纖中的溫度和應(yīng)力相關(guān)，因此基于受激布里淵散射方法測(cè)溫的溫度分辨率較高，但由于受到聲子壽命的限制，該種方法的空間分辨率不易提高。 Xiaoyi Bao實(shí)驗(yàn)組提出了基于差分脈沖對(duì)的BOTDA技術(shù)，將該種方法的空間分辨率提高到了厘米量級(jí)，但將其應(yīng)用到增益光纖的溫度測(cè)量中還有待進(jìn)一步的研究。和BOTDA技術(shù)相比，BOFDA技術(shù)不受聲子壽命的限制，并且用強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)光代替脈沖光，因此具有高空間分辨率和低探測(cè)光功率的優(yōu)點(diǎn)。但BOFDA技術(shù)的信號(hào)處理比較復(fù)雜。且測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，因此，目前本方案還不太適用于高功率光纖激光器增益光纖中的溫度測(cè)量。

　　
BOCDA技術(shù)通過(guò)對(duì)激光器進(jìn)行頻率調(diào)制，同樣避免了聲子壽命的限制，其空間分辨率和溫度分辨率都較高。但若將其用于高功率光纖激光器增益光纖的溫度測(cè)量中，其系統(tǒng)復(fù)雜性可能會(huì)比較高。

　　
綜上所述，分布式光纖溫度測(cè)量的方法有多種，但適用于高功率光纖激光器增益光纖溫度測(cè)量的方法還有待進(jìn)一步研究。從目前的研究進(jìn)展來(lái)看，由美國(guó) Luna 公司為代表的基于 OFDR 技術(shù)的測(cè)溫方法最為成熟，其空間分辨率極高，測(cè)量時(shí)間相對(duì)較短，且已有性能良好的相關(guān)產(chǎn)品問(wèn)世，比較適用于高功率光纖激光器增益光纖中的溫度測(cè)量。也有相關(guān)文獻(xiàn)研究了基于 OBR 產(chǎn)品測(cè)量光纖激光放大器增益光纖中溫度分布的實(shí)驗(yàn)，但該類實(shí)驗(yàn)還有待進(jìn)一步的完善與發(fā)展，從而研發(fā)出成熟的高功率光纖激光器的溫度測(cè)量?jī)x器。

　　
5、小結(jié)

　　
本文首先介紹了增益光纖中的高溫分布對(duì)高功率激光器輸出功率的影響，指出對(duì)高功率光纖激光器中增益光纖溫度監(jiān)測(cè)的意義與作用。然后從分布式光纖傳感的角度出發(fā)，對(duì)分布式光纖傳感技術(shù)進(jìn)行了分類與講解。接著根據(jù)不同分布式光纖傳感技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)， 重點(diǎn)研究了幾種有可能用于高功率光纖激光器中增益光纖溫度監(jiān)測(cè)的分布式傳感技術(shù)。最后，對(duì)比分析了 OFDR 技術(shù)、BOTDA 技術(shù)、BOFDA 技術(shù)、BOCDA 技術(shù)用于高功率光纖激光器中增益光纖溫度監(jiān)測(cè)的可行性與優(yōu)缺點(diǎn)，為高功率光纖激光器中的溫度測(cè)量提供參考。（國(guó)防科技大學(xué) 光電科學(xué)與工程學(xué)院，周子超 王小林 粟榮濤 張漢偉 周 樸 許曉軍）