Optimized Long-Range and High-Resolution Brillouin Optical Time Domain Analyzers
Authors
Domínguez López, AlejandroDate
2017Affiliation
Universidad de Alcalá. Departamento de Electrónica; Universidad de Alcalá. Programa de Doctorado en Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas InteligentesKeywords
Fibra Óptica
Óptica no Lineal
Óptica Física
Document type
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Version
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
Rights
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional
Access rights
info:eu-repo/semantics/openAccess
Abstract
Para dar cabida a todas las necesidades de la sociedad de hoy en día, tanto energéticas, como de comunicaciones, transporte o habitacionales, han surgido un gran número de infraestructuras. Puentes, presas, carreteras, vías férreas, etc., deben mantenerse funcionando de manera correcta, continua y segura, y por tanto, urge preservar y controlar la integridad de las mismas. Los sensores distribuidos de fibra óptica son particularmente adecuados para este tipo de aplicaciones, ya que permiten obtener medidas de deformación, temperatura y/o vibraciones (o cualquier magnitud física relacionada con las mismas) de miles de puntos sensores a lo largo de decenas de kilómetros de fibra óptica.
Los sensores de fibra óptica basados en scattering Brillouin, en particular los fundamentados en el Análisis en el Dominio del Tiempo del efecto Brillouin (BOTDA) se han convertido en una de las soluciones por excelencia para monitorizar grandes infraestructuras. Un sensor BOTDA convencional es capaz de medir, típicamente, sobre distancias de 30-50 km con una resolución espacial de 1-2 m. Sin embargo, ciertas aplicaciones, tales como gasoductos/oleoductos instalados en áreas de difícil acceso y sin posibilidad de alimentación eléctrica podrían requerir medir distancias más largas (del orden de los 100 km), mientras que otras, por el contrario, podrían necesitar aumentar el número de puntos sensibles en la fibra, es decir, incrementar la resolución espacial del sensor. Por tanto, urge encontrar métodos que permitan aumentar las capacidades actuales de dichos sensores, en otras palabras, aumentar la relación señal-ruido (SNR) de los mismos.
En este trabajo de tesis se muestra un estudio detallado de los efectos no-locales que surgen en montajes con sonda de doble banda lateral (DSB-BOTDA), donde se han identificado distorsiones significativas tanto en la señal de bombeo como en las curvas de ganancia y atenuación Brillouin obtenidas, limitando el correcto funcionamiento de los sensores BOTDA para valores convencionales de potencia de sonda.
Asimismo, se presenta la aplicación de la detección diferencial a sistemas BOTDA, la cual conlleva un aumento de la amplitud de las trazas BOTDA en un factor 2, mejorando la SNR en un factor 2^1/2 y mostrándose particularmente eficaz a la hora de eliminar ruidos en modo-común presentes en el sistema. En combinación con amplificación Raman se ha verificado una reducción considerable del ruido RIN transferido a las señales BOTDA por los láseres Raman.
Por último, a fin de evitar los ya mencionados efectos no-locales provocados por la señal de sonda en BOTDA, se ha propuesto una novedosa y efectiva técnica de barrido, la cual permite aumentar la potencia de sonda, y por tanto, mejorar la SNR del sistema. Tal característica ha permitido alcanzar dos importantes records en el estado actual de la tecnología: en primer lugar, se ha conseguido un sensor BOTDA capaz de medir sobre 100 km de fibra con una resolución de 2 m, sin haber necesitado combinarlo con ningún otro tipo de técnica de amplificación y en un tiempo de adquisición convencional; en segundo lugar, se ha demostrado un sensor capaz de resolver, por primera vez, 1.000.000 de puntos sensibles en un sensor Brillouin basado en el dominio del tiempo, es decir, una resolución espacial de 1 cm a lo largo de 10 km de fibra estándar y en un tiempo de adquisición de pocos minutos.
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