Kazanç spektrumu mühendisliğine dayalı Brillouin optik zaman alanı analizörlerini optimize etme

Özet

Brillouin optik zaman alanı analizörleri için kazanç spektrumu mühendisliğine dayalı bir protokol sunulmuştur. Algılama mesafesi ve ölçüm çözünürlüğü dahil olmak üzere algılama performansında iyileştirmeler elde edilir ve aşırı Brillouin yoğunluğu gürültüsü incelenir. Protokol, dağıtılmış Brillouin algılama performansını artırmak için yeni bir yol sunuyor.

Özet

Gösterilen, Brillouin optik zaman alanı analizörlerinde (BOTDA) performans geliştirmeyi algılamak için benzersiz bir yöntemdir. Bir Brillouin kazanç spektrumu (BGS), iki simetrik Brillouin kayıp spektrumu (BLS) ile üst üste bindirilir. Bu, algılama sistemi gürültüsüne daha dayanıklı olan karmaşık bir mühendislik spektrum şekline yol açar. Konvansiyonel BOTDA kurulumunda olduğu gibi sadece bir pompa ve prob etkileşimi yerine, bir prob BGS'de ve diğer ikisi simetrik olarak BLS'de bulunan üç optik prob dalgasından yararlanılır. Tasarlanmış spektrum şeklinin gürültüye karşı direnci ve duyarsızlığı nedeniyle, algılama performansı %60 oranında artırılır ve ölçülebilir çözünürlük iki katına çıkar.

Giriş

Dağıtılmış fiber algılama (DFS), algılama ortamı olarak bütün bir fiberi kullanan benzersiz bir mekanizmadır. Lif kaybının düşük olması nedeniyle oldukça ilgi görmüştür; küçük boyutlu; ve yapay bir sinir sistemi olarak çevre gözetimi yapmak için barajlar, köprüler ve binalar gibi çeşitli yapılara kolayca gömülebilme yeteneği. Fiber Bragg ızgaraları (FBG) gibi çok sayıda geleneksel nokta sensörünün uygulanmasıyla karşılaştırıldığında, altyapı ve yapısal sağlık izleme gibi çok çeşitli büyük ölçekli algılama görevlerinde daha verimli ve uygun maliyetli bir çözüm sunar¹.

Akım dağıtılmış sensörler, sıcaklık ve gerinim dağılımını ölçmek için fiber içindeki farklı saçılma mekanizmalarından yararlanır. Bunlar arasında, Brillouin saçılımına dayalı DFS, yüksek sinyal-gürültü oranı (SNR), düşük eşik ve hem sıcaklık^2'ye hem de gerinim^3'e duyarlılık gibi uyarılmış Brillouin saçılımının (SBS) çarpıcı avantajları nedeniyle en çekici olanıdır. SBS, klasik olarak, gelen optik sürekli dalgalar (CW), yani pompa ve bir akustik dalga yoluyla karşı yayılan CW prob dalgası arasındaki bir etkileşim olarak tanımlanabilir. Enerji ve momentumun korunumuna göre, prob dalgası pompaya frekans düşürülür. Bu kaymaya Brillouin frekans kayması (BFS) denir. 10 ns'lik bir akustik dalganın sonlu ömrü göz önüne alındığında, kırılan dalganın Brillouin kazanç spektrumu (BGS) olarak da adlandırılan sonlu bir spektral dağılımı vardır, burada BFS, pompa dalgası ile tepe merkez frekansı arasındaki frekans farkıdır. Dalgalar arasındaki etkileşim, prob dalgasının sırasıyla yükseltildiği ve zayıflatıldığı bir frekans aşağı kaydırılmış kazanç bölgesine ve frekans yukarı kaydırılmış bir kayıp bölgesine yol açar. C-Bandında standart bir tek modlu fiber (SSMF) için, BFS yaklaşık 11 GHz'dir ve BGS, 10-30 MHz'lik yarı maksimumda (FWHM) ultra dar tam genişliğe sahip bir Lorentzian şekline sahiptir ve bu, belirli tekniklerle^3.4 MHz'e daha da düşürülebilir 4,5,6,7. Bu özelliklere dayanarak SBS, mikrodalga fotonik filtreleri ^8,9,10, optik filtreler¹¹, yavaş ve hızlı ışık 12,13,14 ve yüksek çözünürlüklü optik spektroskopi ^7,15'te de uygulanabilir.

En umut verici SBS uygulamalarından biri dağıtılmış Brillouin algılamadır. Bu sensörler, BFS'nin sıcaklık ve gerinim bağımlılığından yararlanır. İlk gösterilen, en konsolide zaman alanı dağıtılmış Brillouin algılama tekniği olan Brillouin optik zaman alanı analizörü (BOTDA)¹⁶ idi. Konvansiyonel CW-SBS etkileşiminden farklıdır, çünkü darbeli bir pompa dalgası ile bir prob CW arasındaki SBS etkileşiminden yararlanır, böylece çevresel bilgiler her fiber bölümünde yerel olarak sorgulanır. Pompa veya prob frekansı genellikle prob veya pompa frekansı BFS'nin yakınında taranırken sabitlenir. Prob gücü, BGS rekonstrüksiyonu için kaydedilir ve BFS, ideal olarak her fiber bölümündeki yerel BGS'nin tepe frekansıdır. Bununla birlikte, kaçınılmaz sistem gürültüsü nedeniyle, BGS tepe noktası genellikle belirsizdir ve bir montaj algoritmasının¹⁷ uygulanması gerekir, bu da frekansta¹⁸ belirli bir tahmin hatasına yol açar ve ölçülebilir çözünürlüğü etkiler.

İstatistiksel olarak, BFS tahmin hatası, sistem sinyal-gürültü oranı (SNR) ile ters orantılıdır. SNR'yi geliştirmenin en basit yolu, pompa ve prob gücünü artırmaktır. Bununla birlikte, bunlar modülasyon kararsızlığı (MI)¹⁹ ve yerel olmayan etkiler (NLE) ^{ile sınırlıdır.20,21} sırasıyla ~ 20 dBm ve -14 dBm. Bu sınırları aşmak için kodlama²² ve Raman tabanlı satır içi amplifikasyon²³ gibi çok sayıda teknik önerilmiştir. Son zamanlarda, uygun bir montaj algoritması seçilerek bu frekans hatasının en aza indirilebileceği bildirilmiştir²⁴. Bununla ilgili olarak, Brillouin fazını ve doğrusal bir bağlantı algoritmasını kullanan ölçümlerin, iyi tasarlanmış bir BGS'nin algılama performansı geliştirme potansiyelini gösteren azaltılmış bir frekans hatası^25'e sahip olduğu da bildirilmektedir. SNR'yi geliştirmek için başka bir seçenek de gürültü azaltmadır. Bununla birlikte, geleneksel bakış açısına göre, algılama sistemi gürültüsü esas olarak dedektörden gelir (yani, karanlık gürültü, atış gürültüsü vb. dahil olmak üzere ortak mod gürültüsü)^26,27 ve iyileşme olasılığı daha düşüktür.

Bu makalenin temel fikri, iki simetrik Brillouin kayıp spektrumu (BLS) ile geleneksel bir BGS'nin süperpozisyonu ile BGS'yi tasarlamaktır (bkz. Şekil 1). Lorentzian şeklini takip eden geleneksel bir BGS spektrumu ile karşılaştırıldığında, tasarlanmış spektrum aynı düzeyde sistem gürültüsü ile daha keskin ve daha sağlamdır. Bu nedenle, gürültünün tepe frekansının belirlenmesi üzerinde daha az etkisi vardır. Bu, BGS ölçüm verilerinin istatistiksel olarak anlamlı sayıda toplanması ve takılmasıyla doğrulanabilir. Gürültüye karşı bu daha iyi direnç nedeniyle, %60 algılama mesafesi ve iki katına çıkarılmış ölçülebilir çözünürlük, yani %50 azaltılmış frekans hatası dahil olmak üzere algılama performansı iyileştirmeleri elde edilir. Ölçümün, tasarlanmış BGS'nin bir parçası olarak Brillouin kaybı etkileşimi ile dahil edilmesi nedeniyle, Brillouin etkileşimi olan ve olmayan iz gürültüsünün doğrudan bir karşılaştırması yapılır. Aşırı Brillouin gürültüsünün atlatılması sayesinde, mühendislik ürünü BGS ile iz çok daha nettir.

Şekil 1: Bir Brillouin kazancı ve iki simetrik Brillouin kaybı spektrumunun süperpozisyonu ile tasarlanmış bir BGS'nin şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Protokol

1. Simülasyon yoluyla spektrum mühendisliği için optimize edilmiş parametrelerin seçilmesi

1. Tasarlanmış BGS g_SBS(ν,z)'yi^28,29 denklemleri ile modelleyin
   
   örneğin, ek MATLAB komut dosyası tarafından uygulandığı gibi.
   NOT: Burada, G(ν), geleneksel BGS için SBS_g fonksiyonu veya tasarlanmış BGS için SBS_gl fonksiyonu içinde G_complex olarak komut dosyasında hesaplanan karmaşık kazanç katsayısıdır; g(ν,z) yerel kompleks Brillouin kazancıdır; ve g_SBS ve φ_SBS, g(ν,z)'nin gerçek ve sanal kısmıdır ve sırasıyla pompa başlatma ucundan z konumundaki BGS ve SBS faz tepkisini sembolize eder. Senaryoda g_SBS, logaritmik ölçekte konvansiyonel ve mühendislik KŞ'si için sırasıyla SBS_g_log ve SBS_gl_log değişkenleri ile sembolize edilmiştir. P_p = 20 dBm (komut dosyasında P_pump), fiber başlatma ucundaki pompa darbe tepe gücüdür; ν_B, BFS'dir (komut dosyasında normalleştirilmiştir); g₀ = 0.2 ^{W-1 m-1} (senaryoda g₀) Brillouin kazanç katsayısıdır; Δν_B = 50 MHz (komut dosyasında gamma_B) BGS'nin FWHM'sidir; α = 0.2 dB/km, fiber kayıp katsayısıdır ve komut dosyasında logaritmik ve doğrusal ölçekte değer olarak sırasıyla alpha_log ve alpha_lin ile temsil edilir; ν, pompa ve prob frekansı ofseti ν - ν_B'nin -250 MHz ila 250 MHz arasında taranması için prob dalga frekansıdır. Pompa ve prob frekansı ofseti, kodda global f vektörü olarak temsil edilir. g₁ = mg₀ terimi kayıp faktörüdür; 2d∙Δν_B, iki kayıp arasındaki frekans ofsetidir; ve L_eff = 10 m (senaryoda L_eff), 100 ns darbe genişliği için Brillouin etkileşim uzunluğudur. Tasarlanmış spektral şekil, m ve d olmak üzere iki normalleştirilmiş faktör ayarlanarak kolayca ayarlanabilir. Konvansiyonel BGS basitçe m = 0 ile modellenebilir.
2. Hem konvansiyonel hem de mühendislik BGS'de aynı seviyede rastgele gürültü (yani, ek beyaz Gauss gürültüsü) ekleyin. Komut dosyasında noise_level parametrenin ayarlanması gürültü seviyesini değiştirebilir.
3. Geleneksel gürültülü BGS'yi Lorentzian fonksiyonu (komut dosyasında Lorentz_g_gain_fun işlevi) ve mühendislik ürünü gürültülü BGS'yi üst üste bindirilmiş Lorentzian fonksiyonu (komut dosyasında Lorentz_gl_gain_fun işlevi) ile uyumlu hale getirin (bkz. Şekil 2A).
4. Konvansiyonel ve mühendislik ürünü BGS için gürültüden kaynaklanan tepe frekans ofsetini belirleyin (Şekil 2B).
5. N = 500 için 1.2-1.4 adımlarını tekrarlayın ve i^inci işlemdeki geleneksel ve mühendislik BGS için sırasıyla tüm tepe frekans ofsetleri Δf_ci ve Δf_pi'yi (komut dosyasında sırasıyla delta_g_g ve delta_g_gl ile temsil edilir) toplayın.

Şekil 2: Simüle edilmiş BGS. (A) Simülasyonda tipik bir Lorentzian (kırmızı) ve mühendislik (mavi) BGS'nin montajının gösterilmesi. (B) Lorentzian BGS, (A)'dan zirve yapar. Δf_ci, i inci ölçümde geleneksel KŞ için BFS tahmin ^{hatasını temsil eder}. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

6. Gürültü kaynaklı BFS tahmin hatalarının standart sapma oranını şu şekilde hesaplayın:
   
7. η m ve d'nin bir fonksiyonu olarak çizin (bkz. Şekil 3A). Minimum η değerini ve karşılık gelen m ve d'yi bulun. Tahmin doğruluğunun avantajı, tüm fiber²⁸ boyunca korunacaktır.
8. Denklem (2)'deki z değerini (yani, fiber uzunluğu, ayrıca komut dosyasındaki z ) 0 km'den 60 km'ye, adım 50 m'ye ayarlayın ve 1.1-1.7 adımlarını seçilen bazı m ve d değerleriyle tekrarlayın. Daha sonra, lif uzunluğunun bir fonksiyonu olarak standart sapmanın oranı elde edilebilir (bkz. Şekil 3B).

2. Konvansiyonel BOTDA kurulumunu hazırlayın ve test edin ( Şekil 4B'de vurgulanan blok)

1. Lazer diyotu (LD) açın ve optik spektrum analizörü (OSA) ile LD'nin işlevselliğini kontrol edin. Genellikle 1.550 nm civarında bir dalga boyu kullanılır.
2. LD'yi 10:90 optik kuplör (OC) ile bağlayın. %10 OC çıkışından gelen gücü kontrol edin. Güç 13 dBm'den (polarizasyon karıştırıcının maksimum giriş gücü [Pol.S.]) yüksekse, LD akımını düşürerek LD çıkış gücünü düşürün.
3. %10 OC çıkışını Pol.S'ye bağlayın. Polarizasyon solmasını¹ önlemek için, karıştırma frekansını 1 kHz'e ayarlayın.
4. Pol.S.'nin çıkışından gelen gücü kontrol edin. Güç -3 dBm'den (yarı iletken optik amplifikatörün [SOA] maksimum giriş gücü sınırı) yüksekse, güç gereksinimi karşılanana kadar zayıflatıcılar ekleyin. Pol.S.'yi bağlayın SOA ile.
5. SOA üzerindeki darbe üretecinden (PG) gelen 100 ns darbe genişliği ve 4 kHz tekrarlama oranına sahip elektrikli darbe treni sinyalini uygulayın. Darbe sinyalinin genliğinin SOA'nın transistör-transistör mantığı (TTL) eşiğinden (yani 4 dBm) daha yüksek olduğundan ve tekrarlama hızının gidiş-dönüş gereksinimini³⁰ karşıladığından emin olun.
6. SOA'dan gelen çıkışı Erbiyum katkılı fiber amplifikatöre (EDFA 1) bağlayın ve EDFA'yı otomatik akım kontrolü (ACC) modunda çalıştırın. EDFA 1'den gelen çıkışı sirkülatörün (Cir) 1 numaralı bağlantı noktasına bağlayın.
7. Sayısallaştırıcıdaki Cir'in 2 numaralı portundan gelen optik darbe sinyalini fotodiyota (PD) bağlayarak kontrol edin. PD'ye herhangi bir zarar vermemek için yeterli zayıflama gereklidir.
8. Sayısallaştırıcıda ölçülen dalga formu ile optik darbe tepe gücünü hesaplayın. Optik tepe gücü PO aşağıdakilere göre tahmin edilir:
   
   burada V_E, elektriksel darbe tepe voltajıdır ve R ve RF, PD duyarlılığı ve transdirencidir. Test edilen fibere doğru bir giriş pompası gücü (FUT, 10,6 km) değerlendirilmesi için bu hesaplamada koruma zayıflamasını dikkate alın.
9. Hesaplanan optik darbe tepe gücü 20 dBm'ye (MI eşiği 20) ulaştığında EDFA akım değeri I_19'a dikkat edin. Optik darbe dizisinin sönme oranı (ER), enerjinin korunumuna göre değerlendirilebilir:
   
   burada P_ort, darbe dizisinin optik ortalama gücüdür; F_rep tekrarlama oranıdır; ve τ darbe genişliğidir. SOA'nın ER'si genellikle 30 dBm'den fazladır ve NLE ^31,32'den verimli bir şekilde kaçınır.
   NOT: PD'nin bağlantısını kesmeden ve sistemi oluşturmaya devam etmeden önce EDFA'yı kapatın.
10. Pompa dalının kurulumunu tamamlamak için Cir'in 2. bağlantı noktasını FUT'un bir ucuna bağlayın. OSA'daki FUT'un diğer ucundan gelen spektrumu kontrol ederek ve EDFA'yı sabit bir akım değeri olan I_20'ye ayarlayarak sistemin MI'dan muzdarip olup olmayacağını kontrol edin. Tespit edilen spektrum, adım 2.1'de ölçülen spektrumla aynıysa (şekil olarak, genlik olarak olması gerekmez), sistem MI'dan muaftır. Aksi takdirde, belirgin spektrum genişlemesi veya tepe bölünmesi³³ gözlendiğinde, spektrum şeklini korumak için EDFA 1 akımını azaltın.
11. OC'nin %90 çıkışını 50:50 OC 1'e bağlayın ve OC 1 çıkışlarından birini bir polarizasyon kontrolörü (PC) aracılığıyla Mach-Zehnder modülatörüne (MZM 1) bağlayın. Polarizasyonu doğru şekilde ayarlayın, böylece MZM 1'den gelen çıkış maksimize edilir (polarizasyon hizalaması).
12. RF jeneratöründen (RFG 1) gelen radyo frekansı (RF) sinyalini FUT'un BFS'si (yaklaşık 11 GHz için) ve 16 dBm genliği ile MZM 1'e uygulayın. MZM 1'in DC öngerilim voltajını, taşıyıcı minimuma bastırılacak şekilde ayarlayın.
13. MZM 1'in çıkışını fiber Bragg ızgarası (FBG 1) ile bağlayın. OSA'daki FBG 1'den gelen çıkış spektrumunu kontrol edin, böylece FBG 1 üst frekans yan bandını ve taşıyıcıyı bloke edecek şekilde ayarlanmıştır.
14. FBG 1'den gelen çıkışı EDFA 2'ye, başka bir 50:50 OC 2'ye ve art arda bir izolatöre (ISO) bağlayın.
15. EDFA 2'yi ACC modunda da çalıştırın ve ISO'dan gelen çıkış gücü -14 dBm'den düşük olacak ve NLE^20'yi en aza indirecek şekilde akım değerini Ig olarak ayarlayın. Güç ölçerin bağlantısını kesmeden önce EDFA'yı kapatın ve sistem oluşturmaya devam edin. Kazanç probu dalının kurulum yapısını tamamlamak için ISO çıkışını FUT'un diğer ucuna bağlayın.
16. Cir bağlantı noktasını 3'ü EDFA 4'e (ön amplifikasyon³⁴ için) ve PD'ye bağlayın. EDFA'yı ACC moduna ayarlayın. Akım değeri I₄, EDFA'dan gelen çıkış gücünün PD'nin giriş sınırından 4 daha küçük olmasına izin vermelidir. PD RF çıkışını 10 MHz RF alçak geçiren filtreye^35,36 bağlayın. Filtre çıkışını sayısallaştırıcıya bağlayın.
17. Sayısallaştırıcının tetiğini puls üretecinin senkronize (veya ters) çıkışına bağlayın. Sayısallaştırıcı parametrelerini aşağıdaki gibi ayarlayın: Örnekleme hızı: 500 MSa/s; ortalama: 4.096 kez; Örnek sayısı: 10.000.
18. EDFA 1, EDFA 2 ve EDFA 4'ün mevcut değerini sırasıyla I₂₀, I_g ve I₄ olarak ayarlayın. Bir izleme kayıt programı çalıştırın. Sayısallaştırıcıda ölçülen izi kontrol edin. İz genliği üstel bozulmayı takip ederse, algılama sistemi MI içermez. Aksi takdirde, EDFA 1'in mevcut değerini düşürün.

3. Konvansiyonel BOTDA kurulumu ve veri işleme kullanılarak ölçüm

1. EDFA 1 ve EDFA 2 değerlerini sırasıyla I₂₀ ve I_g olarak ayarlayın. RFG 1'in frekansını BFS ± 90 MHz aralığında 1 MHz'lik adımlarla tarayın. Her tarama adımından sonra izlemeyi kayıt programından kaydedin.
2. İz genliğini (Brillouin etkileşim periyodunda) her DC ofsetine (Brillouin olmayan etkileşim periyodu) bölerek yerel Brillouin kazancını hesaplayın.
3. Ölçülen gürültülü BGS'yi Lorentzian bağlantı parçasıyla takarak her bir fiber bölümündeki BGS'yi alın. Bağlantı parçasından geleneksel BGS Δν_B0'ın FWHM'sini belirleyin.
4. N = 48 kez için 3.1 ve 3.2 adımlarını tekrarlayın ve ^i'inci işlemde fiber ν_Bci(z) boyunca tüm tahmini tepe (BFS) frekans dağılımlarını toplayın (bkz. Şekil 5A).
5. BFS tahmin hatasını, 48 ölçümdeki her bir fiber bölümünde takılan BFS'nin standart sapması olarak hesaplayın (bkz. Şekil 5B).

4. Kurulumun geri kalanını hazırlama

NOT: Bu durumda, simülasyon sonuçlarına göre m = 1 ve d = 1.24 kullanılmıştır (bkz. bölüm 1 ve Şekil 3).

1. Prob dalındaki 50:50 OC 1'in diğer çıkışını EDFA 3 ve 50:50 OC 3 ile bağlayın.
2. 50:50 OC 3 çıkışlarından birini bir PC'ye ve MZM 2'ye bağlayın. Polarizasyonu, MZM 2'den gelen çıkış maksimize edilecek şekilde ayarlayın.
3. RFG 2'den gelen RF sinyalini BFS - d∙Δν_B0 ve 16 dBm genlik ile MZM 2'de uygulayın. OSA'daki modülasyon spektrumunu kontrol edin ve taşıyıcı genliğini en aza indirmek için önyargı voltajını ayarlayın.
4. MZM 2'den gelen çıkışı bir optik anahtarın (OS 1), 50:50 OC 4 girişlerinden birine ve FBG 2'ye bağlayın.
5. OSA'daki optik sinyali kontrol edin ve FBG 2 merkez dalga boyunu, taşıyıcı ve düşük frekans yan bandı bloke edilecek şekilde ayarlayın (bkz. Şekil 4A). Kayıp 1 prob dalının kurulumu daha sonra tamamlanacaktır.
6. 50:50 OC 3'ün diğer çıkışını bir PC'ye ve MZM 3'e bağlayın. Polarizasyonu, MZM 3'ten gelen çıkış en üst düzeye çıkarılacak şekilde ayarlayın.
7. RFG 3'ten gelen RF sinyalini BFS + d∙Δν_B0 ve 16 dBm genlik ile MZM 3'te uygulayın. OSA'daki modülasyon spektrumunu kontrol edin ve taşıyıcı genliğini en aza indirmek için önyargı voltajını ayarlayın.
8. MZM 3'ten gelen çıkışı, anahtar işlevli (OS 2) değişken bir optik zayıflatıcıya (VOA) ve 50:50 OC 4'lük diğer girişe bağlayın. Kayıp prob frekansları arasındaki ofsetin FBG 2 iletim penceresine (birkaç GHz) kıyasla nispeten küçük olduğu göz önüne alındığında, MZM 3'ten gelen taşıyıcı ve daha düşük frekans yan bandı da FBG 2 tarafından engellenecektir. Kayıp 2 prob dalının kurulumu daha sonra tamamlanacaktır.
9. OS 1'i kapatın, OS 2'yi açın ve EDFA 3 akım değerini, kayıp 1 probunun gücü -14 dBm'ye (m = 1) eşit olacak şekilde I_l olarak ayarlayın.
10. OS 1'i açın, OS 2'yi kapatın ve VOA'nın zayıflamasını, kayıp 2 probunun gücü de -14 dBm'ye eşit olacak şekilde ayarlayın.

5. Önerilen BOTDA kurulumunun tamamı ve veri işleme kullanılarak ölçüm

1. OS 1'i kapatın, OS 2'yi kapatın ve EDFA 1, EDFA 2, EDFA 3 ve EDFA 4'ün mevcut değerini sırasıyla I₂₀, I_g, I_l ve I₄ olarak ayarlayın. RFG 1'in BFS ± 90 MHz aralığındaki frekansını 1 MHz'lik adımlarla tarayın. RFG 2 ve RFG 3'ten gelen frekanslar uygun şekilde taranır. Her tarama adımından sonra izlemeyi programdan kaydedin.
2. Adım 3.2'deki gibi yerel Brillouin kazancını hesaplayın ve ölçülen gürültülü BGS'yi üst üste binen Lorentzian fonksiyonu ile uydurarak her fiber bölümünde tasarlanmış BGS'yi alın.
3. 5.1 ve 5.2 adımlarını N = 48 kez tekrarlayın ve ^i'inci işlemde fiber ν_Bpi(z) boyunca tüm tahmini tepe (BFS) frekans dağılımlarını toplayın (bkz. Şekil 5A).
4. BFS tahmin hatasını, 48 ölçümdeki her bir fiber bölümünde takılan BFS'nin standart sapması olarak hesaplayın (bkz. Şekil 5B).

Sonuçlar

Şekil 3'te simülasyon sonuçları gösterilmektedir. Şekil 3A'da η < 1 olan noktalar, tasarlanmış BGS ile daha küçük bir frekans hatasını (daha yüksek ölçülebilir çözünürlük) gösterir. Değer ne kadar düşükse, avantaj o kadar büyük olur. Minimum oran m = 1 idi, bu da çoklu pompa şeması yerine bir çoklu probun gerçekleştirilebilece...

Tartışmalar

Deney sırasındaki en kritik adım, üç prob gücünün m = 1 olacak şekilde eşitlenmesi ve iki Brillouin kayıp spektrumu arasında simetri elde edilmesidir. Adım 4.9 ve 4.10'da sunulduğu gibi, Cir bağlantı noktası 2'deki güç ölçer kullanılarak yapılan ayrı güç kontrolünün yanı sıra, güç dengelemesi sayısallaştırıcıda daha hassas bir şekilde kontrol edilebilir. RF 1 frekansını ~11 GHz'e (fiber BFS) ayarlayarak ve EDFA 3'ü kapatarak, tepe kazanc?...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Current controller for laser diode	ILX Lightwave	LDX3220
Digitizer	Acqiris SA	U5309A-1039
Erbium doped fiber amplifier 1	Photop	PTEDFA-A-PA-C-SCH-15
Erbium doped fiber amplifier 2	LiComm	OFA-TCH
Erbium doped fiber amplifier 3	Calmar Optcom	AMP-ST30
Erbium doped fiber amplifier 4	Photop	PTEDFA-A-PA-C-SCH-15
Fiber Bragg grating 1	Advanced Optics Solutions	T-FBG
Fiber Bragg grating 2	Advanced Optics Solutions	T-FBG
Fiber under test	ofs
Isolator	General Photonics	S-15-NTSS
Laser diode	3SP Group	A1905 LMI
Mach-Zehnder modulator 1	Avanex	IM10
Mach-Zehnder modulator 2	Avanex	IM10
Mach-Zehnder modulator 3	Avanex	IM10
Nanosecond driving board for semiconductor optical amplifier	Highland Technology	T160-9 (28A160-9C)
Optical coupler 10:90	Newport		Benchtop coupler/WDM
Optical coupler 50:50	Newport		Benchtop coupler/WDM
Optical spectrum analyzer	Hewlett Packard	86145A
Optical switch 1	JDSU	SN12-1075NC
Photodiode	Thorlabs	D400FC
Polarization scrambler	General Photonics	PSY-101
Pulase generator	Hewlett Packard	8082A
Radio function generator 1	Anritsu	MG3692C
Radio function generator 2	Agilent Technology	E8257D
Radio function generator 3	HTM	T2100
Semiconductor optical amplifier	Thorlabs	SOA1013SXS
Temperature controller for laser diode	ILX Lightwave	LDT5948
Temperature controller for semiconductor optical amplifier	Tektronix	TED200
Variable optical attenuator	JDSU	mVOA-A1	With optical switch function