远程高检测灵敏度ФOTDR系统相位噪声产生机制及其抑制技术研究

Phase sensitive optical time domain reflectometer (ФOTDR) has great potential in the fields of intrusion detection, seismic wave detection and oil exploration. Recent years, with the development of the ФOTDR in the direction of long distance and high detecting sensitivity，phase noise in the system has been the key factor to limit the performance. The project focuses on the phase noise in the ФOTDR system. Firstly, a comprehensive model is established to describe the mechanism that laser noise converts into the phase noise of ФOTDR; Secondly, The MI dynamics is studied in the ФOTDR, and a theoretical model is established to analyze the effect of MI on the phase noise in ФOTDR; Thirdly, The competition between induced MI and spontaneous MI is studied, based on which a method is proposed to suppress the MI induced phase noise in ФOTDR; Finally, the phase noise in remote high detecting sensitivity ФOTDR system is studied comprehensively to promote the performance.The project has important meaning for the development of ФOTDR in the direction of long distance and high detecting sensitivity.

相位敏感型光时域反射仪（ФOTDR）在周界安防，地震波监测、石油勘探等领域具有广阔应用前景。近年来，随着ФOTDR系统向远程、高检测灵敏度的相位探测方向进一步发展，相位噪声已成为制约系统探测性能的关键因素。本项目针对ФOTDR系统中相位噪声问题开展研究，旨在： 1) 建立激光器噪声向ФOTDR系统相位噪声转化的理论模型，阐述该噪声转化过程的物理机制；2) 研究ФOTDR系统中MI动态特性，建立理论模型分析MI对ФOTDR系统相位噪声的影响机制；3) 研究感应MI与自发MI的竞争关系，利用感应MI的竞争优势抑制自发MI导致的ФOTDR系统相位噪声；4)对远程高灵敏度ФOTDR系统相位噪声进行综合研究，有效提升ФOTDR系统性能。本研究对ФOTDR系统向远程高检测灵敏度方向发展提供理论基础和关键技术支撑。

相位敏感型光时域反射仪（ФOTDR）在周界安防，地震波监测、石油勘探等领域得到了广泛应。近年来，随着ФOTDR系统向远程、高检测灵敏度的相位探测方向进一步发展，相位噪声已成为制约系统探测性能的关键因素。本项目主要针对远程高检测灵敏度ФOTDR系统中相位噪声问题展开研究，有效实现了系统相位噪声抑制，并取得了一系列重要成果：.（1）建立了基于随机瑞利散射特性的ФOTDR理论模型，通过理论与实验相结合的方法对ФOTDR系统相位中噪声的影响因素进行了详细研究。在此基础上，构建了低噪声ФOTDR系统，并对系统中各类噪声进行了有效抑制，系统性能得到显著优化；.（2）建立了基于薛定谔方程的MI动态演化特性模型，对光纤中MI分布式动态演化特性进行了详细仿真研究，提出了一种基于瑞利散射的MI分布式演化特性测量方法，在此基础上对光脉冲传输过程中MI导致的强度噪声与相位噪声特性进行了详细研究，并在此基础上揭示了MI对ФOTDR系统相位噪声的影响及其特性；.（3）在对MI分布式演化特性与相位噪声特性研究基础上，本项目提出一种基于相干种子注入方案的ФOTDR系统中MI抑制方法，实验结果表明该方法可显著提升系统输入功率并降低系统相位噪声，详细研究了调制参数对自发MI及系统相位噪声抑制作用的影响。