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Ultra-high extinction ratio optical pulse generation with a thin film lithium niobate modulator for distributed acoustic sensing

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Photonics Research 2024年第1期12卷 40-50页

作者： YUAN SHEN XIAOQIAN SHU LINGMEI MA SHAOLIANG YU GENGXIN CHEN LIU LIU RENYOU GE BIGENG CHEN yunjiang rao Research Center for Optical Fiber Sensing Zhejiang LaboratoryHangzhou 311100China Research Center for Intelligent Optoelectronic Computing Zhejiang LaboratoryHangzhou 311100China International Research Center for Advanced Photonics College of Optical Science and EngineeringZhejiang UniversityHangzhou 310058China Fiber Optics Research Center(FORC) Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and CommunicationsUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China

We experimentally demonstrate ultra-high extinction ratio(ER)optical pulse modulation with an electro-optical modulator(EOM)on thin film lithium niobate(TFLN)and its application for fiber optic distributed acoustic sensing(DAS).An interface carrier effect leading to a relaxation-tail response of TFLN EOM is discovered,which can be well addressed by a small compensation component following the main driving *** ultrahigh ER>50 dB is achieved by canceling out the tailed response during pulse modulation using the EOM based on a cascaded Mach–Zehnder interferometer(MZI)*** modulated optical_(√)pulses are then utilized as a probe light for a DAS system,showing a sensitivity up to-62.9 dB·rad∕Hz~2(7 pε/Hz)for 2-km single-mode sensing *** crosstalk suppression of 24.9 dB along the fiber is also obtained when the ER is improved from 20 dB to 50 dB,clearly revealing its importance to the sensing performance.

关键词： modulator pulse interferometer

拉曼分布式光纤温度传感:技术发展与应用综述

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光学学报 2024年第1期44卷 214-239页

作者：介瑞敏肖春刘旭朱琛饶云江刘波之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311100 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州311100

拉曼分布式光纤温度传感(RDTS)系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一,尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异,本文简述了RDTS的基本原理,着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法... 详细信息

拉曼分布式光纤温度传感(RDTS)系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一,尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异,本文简述了RDTS的基本原理,着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法,分别从系统结构、部件优化、解调方式和智能信号处理等方面系统性地总结了最新研究进展,并通过走访调研了RDTS的全球市场概况及其在各工程领域的典型应用,旨在为分布式温度传感技术的同仁提供有益的参考。

关键词：光纤传感拉曼分布式温度传感空间分辨率信噪比市场调研

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多频COTDR系统的相位解调优化方法

光学学报 2024年第1期44卷 325-332页

作者：谢浪吴明松王粤晖杨子逸饶云江吴宇电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731

提出一种基于多频优化分集(MFOD)算法的相位解调技术,搭建了环移多频相干光时域反射(MF-COTDR)系统,实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明,MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息,相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的... 详细信息

提出一种基于多频优化分集(MFOD)算法的相位解调技术,搭建了环移多频相干光时域反射(MF-COTDR)系统,实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明,MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息,相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的平均信噪比(SNR)提升,实现了33.3 pε/Hz1/2的最小应变分辨率。此外,通过实验验证了基于MFOD算法的MF-COTDR系统对不同频率振动信号的响应性能,实验结果说明该系统具有良好的线性响应能力。

关键词：光纤光学分布式光纤传感相位敏感光时域反射仪相位解调

分布式声波传感垂直地震剖面法智能处理及多波成像方法

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光学学报 2024年第1期44卷 355-366页

作者：陈沅忠胡光岷李彦鹏饶云江安树杰宗晶晶张昊电子科技大学资源与环境学院四川成都611631 中油奥博(成都)科技有限公司四川成都611631 中国石油集团东方物探公司河北涿州072750 上海石油天然气有限公司上海200040

本文研究了分布式声波传感垂直地震剖面(DAS-VSP)法纵波及转换波智能处理与成像方法,讨论了DAS-VSP形态成分分析法数据去噪技术、DAS-VSP多波智能分离方法和流程,以及基于深度学习的DAS-VSP数据规则化方法。创新性地提出了一种基于最小... 详细信息

本文研究了分布式声波传感垂直地震剖面(DAS-VSP)法纵波及转换波智能处理与成像方法,讨论了DAS-VSP形态成分分析法数据去噪技术、DAS-VSP多波智能分离方法和流程,以及基于深度学习的DAS-VSP数据规则化方法。创新性地提出了一种基于最小旅行时的多波VSP成像方法,通过旅行时表控制反射路径附近聚焦成像,比传统地震偏移方法的划弧减少,成像过程中计算覆盖次数,解决了覆盖不均匀成像振幅问题。通过海上斜井DAS-VSP实际数据处理,同时获得DAS-VSP上行纵波和上行转换横波成像剖面,结果显示,DAS-VSP不仅含有反射纵波信息,同时存在较强的转换横波,通过针对性处理后,能够实现DAS-VSP纵波及转换波成像,说明斜井DAS-VSP具备多波成像条件,可获得较高信噪比的纵波及转换波成像数据,多波数据更有利于油气预测和识别,智能处理及多波成像方法为DAS-VSP法用于油气勘探开发提供了新的技术手段。

关键词：垂直地震剖面法分布式声波传感人工智能形态成分分析法波场分离数据规则化多模板快速推进算法转换横波成像

大规模分布式光纤水听拖曳阵列及其湖试性能测试

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光学学报 2024年第1期44卷 333-342页

作者：龙俊求江浪肖春郭汝乾严国锋王德麟冉曾令龚元饶云江之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州310027 浙江大学海洋学院浙江舟山316021 电子科技大学信息与通信工程学院四川成都611731

报道了一种高性能大孔径分布式光纤水听拖曳阵列,其总长度为150 m,声学传感段长度为100 m,具有192个传感单元,采用单根光纤离散增敏制备而成,无需其他分离器件。传感基元通过驻波桶标定,在20~1000 Hz,平均声压灵敏度达到-127.44 dB(re r... 详细信息

报道了一种高性能大孔径分布式光纤水听拖曳阵列,其总长度为150 m,声学传感段长度为100 m,具有192个传感单元,采用单根光纤离散增敏制备而成,无需其他分离器件。传感基元通过驻波桶标定,在20~1000 Hz,平均声压灵敏度达到-127.44 dB(re rad/μPa)。阵列同时装配了自研的姿态感知模块,可实现拖曳过程的实时姿态获取。针对所研制的大规模分布式光纤水听拖曳阵列,开展了湖试综合测试,6 kn拖速下阵列声学段的倾角仅为7.8°,将192个传感单元数据波束合成后得到了16.87 dB的空间增益,传感器表现出了优异的综合性能。该高性能大规模分布式光纤水听拖曳阵列为光纤水听器发展提供了一条全新的技术路线,有力推动了基于DAS的“第三代声呐技术”的发展。

关键词：光纤光学光纤水听器光纤水听拖曳阵列分布式光纤声波传感声压灵敏度姿态感知目标轨迹跟踪

基于光脉冲编码的相位敏感光时域反射仪研究进展

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光学学报 2024年第1期44卷 240-254页

作者：刘纯野万安池梁永鑫蒋家林吴悦张滨邓子文饶云江王子南电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731 之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311121

光脉冲编码(OPC)近年来在光纤声波传感领域备受关注,特别是将其与相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码,可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比,同时避免了非线性效应的影... 详细信息

光脉冲编码(OPC)近年来在光纤声波传感领域备受关注,特别是将其与相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码,可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比,同时避免了非线性效应的影响;在接收端解码后可获得单脉冲响应,系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定,从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程;然后,重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展,特别是在传感带宽提升方面的成效;最后,对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。

关键词：光纤传感光脉冲编码分布式声波传感相位敏感光时域反射仪

The cornerstone of fiber-optic distributed vibration/acoustic sensing: Ф-OTDR

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光电进展(英文) 2023年第7期6卷 5-8页

作者： yunjiang rao School of Information and Communication Engineering University of Electronic Science and Technology of China

Fiber-optic distributed vibration/acoustic sensing(DVS/DAS) technology achieves breakthrough performance and explores broad cornerstone industrial applications.

关键词： corners breakthrough fiber

Derrick Safety Monitoring System Based on Fiber Bragg Grating Strain Sensors

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Photonic Sensors 2013年第3期3卷 237-240页

作者： Yang CHENG Xianglin LU Yuan GONG Yu WU yunjiang rao Key Laboratory of Optical Fiber Sensing & Communications (Ministry of Education) University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 611731 China

The fiber Bragg grating （FBG） strain sensor is used in the oil and gas derricks for the health monitoring. The system consisted of the FBG strain sensors, optical interrogator and monitoring software. 64 sensors were installed on a derrick for loading and unloading tests. The results showed that the monitoring system had the advantages of the high accuracy, good repeatability, large capacity and real-time monitoring ability.

关键词： Fiber Bragg grating Derrick strain monitor

Study on Fiber-Optic Low-Coherence Interferometric and Fiber Bragg Grating Sensors

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Photonic Sensors 2011年第4期1卷 382-400页

作者： yunjiang rao Key Laboratory of Optical Fiber Sensing & Communications (Ministry of Education) University of Electronic Scienceand Technology of China Chengdu 611731 China

This article reviews author＇s research work on fiber-optic sensors over the last twenty years. It includes two aspects： low-coherence interferometric sensors （LCI） and fiber Bragg grating （FBG） sensors. For LCI sensors, author＇s work mainly focuses on the interrogation and multiplexing methods for Fizeau and Fabry-Perot interferometric sensors at the University of Kent at Canterbury （UKC）, UK, and study on novel Fabry-Perot interferometric sensors and their multiplexing methods at Chongqing University （CQU） and University of Electronic Science ＆ Technology of China （UESTC）, China, respectively. For FBG sensors, a number of multiplexing schemes are proposed and demonstrated at UKC, and then novel methods for realization of multi-parameter measurement and long-distance measurement based on the FBG sensor and its combination with other optical fiber sensors are also reported at CQU ＆ UESTC. Thus, author＇s study on these two topics can be diviaed into two periods, at UKC and at CQU ＆ UESTC, China. This review is presented in such a time sequence.

关键词： Fiber optic sensors low-coherence interferometry fiber Bragg grating Fabry-Perot