Интерференционные эффекты при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах

Мамедов, Акиф Маил оглы

Интерференционные эффекты при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Мамедов, Акиф Маил оглы АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Фрязино МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Интерференционные эффекты при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах»

Автореферат диссертации на тему "Интерференционные эффекты при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах"

□□3477ЭИ

На правах рукописи

МАМЕДОВ Акиф Маил оглы щ

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ РЭЛЕЕВСКОМ РАССЕЯНИИ СВЕТА В ОДНОМОДОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

специальность 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

- 1 ОКТ 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Москва-2009

003477916

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте Радиотехники и Электроники им. В. А. Котельникова РАН (Фрязинский филиал)

Научный Руководитель: доктор технических наук, профессор Потапов Владимир Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Горшков Борис Георгиевич

кандидат физико-математических наук Маковецкий Александр Андреевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Научный Центр Волоконной Оптики РАН

Защита диссертации состоится «25»сентября 2009 г. в 10 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.231.03 при Учреждении Российской академии наук Института Радиотехники и Электроники им. В. А. Котельникова РАН по адресу: 125009, г. Москва, ГСП-9, ул. Моховая, д.11, корп.7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Радиотехники и Электроники им. В. А. Котельникова РАН

Автореферат разослан «25»августа 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук М. И. Перцовский

Общая характеристика работы Методы волоконно-оптической рефлектометрии, основанные на регистрации и анализе сигналов обратного рэлеевского рассеяния, возникающих при распространении излучения по волокну, находят в настоящее время широкое применение по диагностике волоконно-оптических линий связи, контроле параметров оптических волокон и кабелей, в научных исследованиях. На их основе разработаны и серийно выпускаются приборы - рефлектометры, позволяющие измерять распределение потерь в волоконно-оптических линиях длиной в сотни километров с сантиметровым разрешением и обеспечивающие точность измерений потерь в сотые доли децибел. Дальнейшее развитие методов привело к идее создания и успешной разработке распределенных волоконно-оптических датчиков, в которых световод используется в качестве элемента, чувствительного к воздействию различных физических величин и полей. Регистрируемой величиной в таких системах является изменение свойств рассеянного излучения (амплитуды, фазы, спектра, поляризации и т.д.), происходящие под воздействием этих величин и полей.

Сегодня методы волоконно-оптической рефлектометрии являются активно разрабатываемой областью оптоэлектроники и волоконной оптики, использующей последние достижения в измерительной технике, оптической связи, научных исследованиях. Однако обзор текущего состояния дел показывает, что, несмотря на существенные достижения, уникальные возможности волоконно-оптической рефлектометрии для создания распределенных волоконно-оптических датчиков физических величин и полей реализованы не в полной мере.

Диссертация посвящена исследованиям интерференционных эффектов при рэлеевском рассеянии излучения в оптических волокнах, разработке методов регистрации фазового взаимодействия обратно рассеянных волн и развитию принципов построения одноволоконных распределенных датчиков физических величин и полей.

Актуальность проблемы.

Из существующих в настоящее время методов волоконно-оптической рефлектометрии для создания распределенных и мультиплексных систем ВОД в основном используются: метод временной рефлектометрии (Optical Time Domain Reflectometry - OTDR) и метод когерентной частотной рефлектометрии (Coherent Optical Frequency Domain Reflectometry - COFDR).

Таким образом, в рефлектометрах, при использовании когерентных источников излучения, сигналы, обусловленные фазовой модуляцией в волокне, проявляются значительно сильнее, чем в рефлектометрах с некогерентным источником, где происходит их усреднение.

осуществляется фазовая модуляция сигнала, величина которой пропорциональна величине воздействия, которая и регистрируется. По величине запаздывания света строится пространственная развертка по длине волокна, что позволяет определять место воздействия.

Несмотря на то, что данному методу посвящено большое число работ, ряд вопросов до сих пор оставался неисследованным. В частности, неясным остается вопрос о степени когерентности источника излучения. Очевидно, что с одной стороны источник должен быть достаточно когерентным, чтобы можно было уверенно видеть сигнал интерференции. Поэтому в первых работах говорилось, что линия генерации лазера должна быть как можно более узкая. Однако, когда длина когерентности начинает превышать длину импульса рефлектометра, возникает эффект замирания сигнала, который приводит к тому, что на определенных участках волокна интерференционный сигнал пропадает и появляются «темные» места в распределенном датчике. Предложено несколько вариантов борьбы с этим эффектом, однако, проблема до сих пор до конца еще не исследована. Не исследовано также влияние поляризационных свойств оптических волокон на чувствительность фазочувствительного рефлектометра.

Исторически, в первых работах, метод когерентной частотной рефлектометрии применялся для мультиплексирования ВОД, представляющих собой тот или иной тип волоконно-оптического интерферометра с нескомпенсированной разностью плеч. При изменении частоты лазера по линейному закону, отклик фотоприемника на оптический сигнал, отраженный от интерферометра, представляет собой синусоидальный сигнал, частота которого пропорциональна групповому запаздыванию интерферирующих волн, амплитуда - амплитуде этих волн, а фаза определяется фазовой задержкой излучения в световоде, т.е. осуществляется перенос несущей частоты из оптического диапазона в радиотехнический. На этом принципе когерентный частотный рефлектометр применялся для мультиплексирования ВОД, представляющих собой участки одномодового оптического волокна, расположенные между отражателями с малым коэффициентом отражения

(интерферометры Фабри-Перо низкого контраста) и объединенные в общую волоконную линию.

В середине девяностых годов в лаборатории Волоконно-оптических систем ИРЭ РАН были начаты работы с целью создания одноволоконных распределенных ВОД, использующих сигналы обратного рэлеевского рассеяния в одномодовых волокнах, вместо дискретных отражателей, внедренных в оптическое волокно. Тогда же были описаны особенности метода когерентной частотной рефлектометрии с автодинным приемом излучения и предложен ряд схем распределенных ВОД. В ряде последующих работ исследовались различные схемы когерентно-частотных рефлектометров, обеспечивающие более высокую чувствительность и пространственное разрешение и обсуждались пути создания распределенных датчиков на основе метода когерентной частотной рефлектометрии.

Отметим, что главной особенностью метода когерентной частотной рефлектометрии является использование узкополосных источников излучения с максимальной длиной когерентности, спектральная линия которых модулируется по линейному закону. Излучение вводится в одномодовое оптическое волокно, а возникающий в волокне обратно рассеянный сигнал интерферирует на фотоприемнике с опорным сигналом. Таким образом, за счет когерентного приема, значительно повышается чувствительность распределенных ВОД. Однако полный анализ возможностей данного метода для построения распределенных ВОД, до сих пор отсутствует. Остается также до конца нерешенной проблема перестройки частоты излучения лазера (линейно-частотной модуляции) в широком диапазоне частот, от которого зависит пространственное разрешение метода, проблема создания частотных или фазовых волоконно-оптических модуляторов. Цель работы.

Работа направлена на разработку физических основ новых методов оптических измерений, использующих интерференционные эффекты,

возникающие при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах.

С этой целью в работе решались следующие основные задачи:

1. Теоретические и экспериментальные исследования интерференционных эффектов, возникающих при обратном рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах.

2. Изучение влияния поляризационных свойств оптических волокон на фазовую чувствительность когерентного рефлектометра и порог чувствительности распределенных волоконно-оптических датчиков.

3. Разработка оптимальных схем распределенных волоконно-оптических датчиков на основе когерентной временной и частотной рефлектометрии и методов детектирования внешних физических воздействий.

Научная новизна.

1. Развиты методы когерентной частотной и когерентной временной рефлектометрии для детектирования оптической фазы сигналов обратного рэлеевского рассеяния в оптических волокнах. Экспериментально показано, что при практически равной фазовой чувствительности к воздействию метод когерентной частотной рефлектометрии позволяет получать более высокое пространственное разрешение распределенного датчика. Однако, по числу мультиплексируемых чувствительных элементов (датчиков или измерительных каналов) и длине анализируемого волоконного тракта, метод временной когерентной рефлектометрии существенно превосходит метод когерентной частотной рефлектометрии.

2. Впервые методом когерентной частотной рефлектометрии реализовано измерение интерференционных эффектов, возникающих при обратном рэлеевском рассеянии излучения в одномодовых оптических волокнах, и экспериментально показана возможность создания распределенных волоконно-оптических датчиков внешних воздействий на основе этого метода.

3. Показано, что в схеме распределенного интерферометрического датчика с автодинным приемом излучения, при модуляции частоты лазера по линейному

закону, спектр биений лазерного излучения определяется распределением неоднородностей по длине волокна, а фазы спектральных компонент содержат информацию о набеге фазы обратно отраженного (рассеянного) оптического сигнала.

4. Исследовано влияние поляризационных свойств оптических волокон на фазовую чувствительность когерентного волоконного рефлектометра. Показано, что в схеме рефлектометра с линией задержки, позволяющей исключить эффект замирания сигнала в линии, на рефлектограмме проявляются поляризационные шумы (пространственные флуктуации сигнала в масштабе длины поляризационных биений), ограничивающие фазовую чувствительность рефлектометра. Эти шумы существенно подавляются при использовании анизотропного оптического волокна и полихроматического источника излучения, например, суперлюминисцентного светодиода.

5. На основе составного электромеханического резонатора предложен и реализован волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон перестройки мгновенной частоты световой волны до 20 ГГц, что позволит повысить пространственное разрешение когерентного частотного рефлектометра до 1-2 см.

Научная и практическая значимость работы.

Научная значимость работы определяется перспективами создания новых типов измерительных устройств и систем на основе волоконно-оптических световодов и технологий.

Результаты работы могут быть использованы для создания распределенных и мультиплексных систем волоконно-оптических датчиков физических величин, систем контроля и мониторинга различных объектов в реальном масштабе времени. Результаты главы 1 использованы для создания когерентного частотного рефлектометра на основе Не-№ лазера, позволяющего с высоким пространственным разрешением ( до ~15см ) контролировать распределение потерь в объектовых волоконно-оптических линиях связи. Волоконно-оптический фазовый модулятор, описанный в главе 2, может быть

использован в системах для тестирования волоконно-оптических устройств,

измерений АЧХ фотоприемников, измерения дисперсии оптических волокон.

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты анализа методов когерентной частотной и когерентной временной рефлектометрии, в части их применения для детектирования фазы сигналов обратного рэлеевского рассеяния в оптическом волокне и реализации распределенных волоконно-оптических датчиков, показавшие, что, при практически равной фазовой чувствительности, метод когерентной частотной рефлектометрии обеспечивает получение более высокого пространственного разрешения, а метод когерентной временной рефлектометрии имеет существенные преимущества по длине анализируемого волоконно-оптического тракта, по числу мультиплексируемых чувствительных элементов (датчиков или каналов измерений) и по простоте реализации.

2. На основе интерференционных эффектов при рэлеевском рассеянии когерентного излучения в одномодовом оптическом волокне реализован распределенный волоконно-оптический датчик, с индикацией координаты внешнего воздействия на волоконную линию, в котором используется схема детектирования оптической фазы сигналов обратного рэлеевского рассеяния (фазочувствительный волоконно-оптический рефлектометр), и, таким образом, обеспечивается многократное увеличение чувствительности к слабому возмущению по сравнению с амплитудными датчиками.

3. В схеме когерентного временного рефлектометра с линией задержки фазовая чувствительность метода измерения ограничивается поляризационными шумами (пространственными флуктуациями оптических сигналов в масштабе длины поляризационных биений волокна). Теоретически и экспериментально показано, что эти шумы существенно подавляются при использовании анизотропного волокна и полихроматического источника излучения, например, суперлюминисцентного светодиода.

4. Разработан волоконно-оптический фазовый модулятор, на основе составного электромеханического резонатора, обеспечивающий диапазон перестройки мгновенной частоты линии излучения лазера свыше 20 ГГц. Личный вклад автора в получение результатов.

• Участие в теоретическом исследовании когерентного частотного и когерентного временного рефлектометров.

• Определяющий вклад в создание волоконно - оптического фазового модулятора на основе составного резонатора, обеспечивающего диапазон девиации мгновенной частоты лазера до 20 ГГц.

• Определяющий вклад в проведение экспериментов по созданию и исследованию схем распределенных волоконно-оптических датчиков, использующих фазовое детектирование сигналов обратного рэлеевского рассеяния.

• Определяющий вклад в теоретические расчеты и проведение экспериментов по влиянию поляризационных свойств оптического волокна на фазовую чувствительность когерентного рефлектометра.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИРЭ РАН, научных сессиях Общества им. A.C. Попова в 2000, 2002, 2004 и 2008 г., Европейской конференции по Оптическим сетям и связи (Австрия, 2003), Международной конференции по волоконно-оптическим датчикам (Италия, 1993), Международных конференциях ISFOC (Санкт Петербург, 1992,1993г.), во Всероссийской конференции по волоконной оптике (г. Пермь, 2007). Публикации.

По теме работы опубликовано 21 работа, включая 9 статей в реферируемых журналах, 12 публикаций в сборниках трудов конференций и тематических сборниках, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 122 страницы текста, 37 рисунков и список литературы, включающий 92 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана ее научная значимость, сформированы цели и задачи работы, приведены положения выносимые на защиту, а также представлены сведения о структуре и содержании работы.

Глава 1 содержит обзор литературы посвященной детектированию интерференционных эффектов при рэлеевском рассеянии излучения в одномодовых оптических волокнах методами когерентной временной и частотной рефлектометрии. Основные результаты этой главы могут быть сформулированы следующим образом:

1. При длинах когерентности источника излучения, сравнимых с длительностью оптического импульса, интерференционные эффекты в сигнале рэлеевского рассеяния приводят к сильным изменениям рефлектограммы по длине анализируемой волоконной линии. Относительные флуктуации рефлектограммы в когерентных рефлектометрах составляют порядка 1, что позволяет построить фазочувствительные распределенные волоконно-оптические датчики. Целесообразно рассмотреть возможность использования источников и приемников на диапазоне длины волны 0,83мкм для создания более дешевых распределенных волоконно-оптических датчиков для мониторинга сравнительно коротких линий длиной порядка 1-2км.

2. Величина интерференционного сигнала, следовательно, и масштабный коэффициент распределенного датчика имеет случайную природу. Эти флуктуации масштабного коэффициента в распределенных волоконно-оптических датчиках, на основе интерференционных эффектов в сигнале рэлеевского рассеяния, можно устранить с помощью введения линии задержки. Однако не было учтено влияние поляризационных свойств волоконно-

оптической линии на порог чувствительности распределенного датчика. Необходим более полный теоретический анализ распределенного датчика с линией задержки для подавления поляризационных шумов в рефлектограмме.

3. Рассмотрение фазочувствительных распределенных датчиков было ограничено только методом временной рефлектометрии, тогда как метод когерентной частотной рефлектометрии обладает более высоким пространственным разрешением и динамическим диапазоном. Для разработки оптимальных способов детектирования фазовой модуляции в сигнале фототока когерентного частотного рефлектометра необходимо исследовать спектр сигнала фототока.

4. Введение внешнего модулятора в волоконную линию позволяет стабилизировать частоту лазерного источника с целью устранения шумов переключения продольных мод. Необходимо рассмотреть способы увеличения диапазона девиации мгновенной частоты оптического излучения с помощью волоконно-оптических модуляторов на основе составных резонаторов, которые могут обеспечивать высокий индекс фазовой модуляции ~107.

Глава 2 посвящена исследованиям обратного рэлеевского рассеяния в одномодовом оптическом волокне методом когерентной временной рефлектометрии. В разделе 2.1 приведены результаты теоретического анализа когерентного временного рефлектометра при фазовой модуляции света в оптическом волокне.

Получено выражение для видности интерференционной картины V в случае прямоугольного входного импульса излучения Е{{) в волокне:

где £(<) = 1 при г <— и £(*) = О при г>—; V -групповая скорость в волокне; Дг -

V V

пространственное разрешение рефлектометра.

Таким образом, как видно из формулы, точечная фазовая модуляция в волокне вызывает изменение не всей рефлектограммы, а только малой её части

в окрестности точки воздействия Дг . Другими словами, оптический рефлектометр с когерентным источником света может быть использован как система распределенных интерферометрических датчиков, сигнал которой подобен сигналу, отраженному от ряда интерферометров Фабри-Перо, а пространственное разрешение равно пространственному разрешению рефлектометра.

В разделе 2.2 приведены результаты экспериментальных исследований макетов распределенных датчиков.

Был разработан лабораторный макет распределенного датчика на длине волны излучения 810нм. В качестве когерентного источника излучения использовался одночастотный полупроводниковый лазер на длине волны 810нм, ширина спектра излучения которого составляла не более 500кГц , а длина когерентности излучения - =400м. Импульсная модуляция излучения осуществлялась с помощью акустооптического модулятора, что позволило стабилизировать частоту и мощность излучения. Волна обратного рэлеевского рассеяния от волоконной линии длиной 2км через направленный ответвитель попадала на высокочувствительный кремниевый лавинный фотоприемник. Длительность импульса составляла 100нс, что обеспечивало пространственное разрешение 20м. Типичные рефлектограммы представлены на рис.1. Кривые имеют существенные различия одна от другой только на участке фазовой модуляции волокна, следовательно, разность рефлектограмм максимальна только на участке модуляции волокна.

Полная ширина разностного сигнала на уровне полувысоты равна 20м, что совпадало с разрешением рефлектометра. Этот результат подтверждает теоретические предположения и демонстрирует возможности мультиплексирования порядка 100 чувствительных элементов. Порог чувствительности датчика к изменению оптической фазы составлял 0,2 рад при длине волокна 2км. В последующих разделах главы 2 приведены результаты исследований схемы временного когерентного рефлектометра с линией задержки и влияния поляризационных свойств оптических волокон на фазовую

чувствительность рефлектометра. Показано, что при включении в схему временного когерентного волоконно — оптического рефлектометра линии задержки, вследствие сдвига во времени, между двумя рассеянными в волокне

Рис.1. Две последовательные рефлектограммы и разностный сигнал

волнами, проходящими один и тот же оптический путь в противоположных направлениях, при наличии фазового воздействия на волокно, возникает сдвиг фаз. В результате этого в рефлектограмме возникает перепад в точке, соответствующем месту воздействия на оптическое волокно. Таким образом, в данной схеме нет проблемы замирания сигнала.

В главе 3 приведены результаты теоретического и экспериментального исследования когерентного частотного рефлектометра с автодинным приемом излучения.

В разделе 3.1. теоретически рассмотрен частотно-модулированный лазер с оптической обратной связью в виде волоконного световода (рис. 2). Частота генерации лазера модулируется во времени г по линейному закону со-«0 +тр путем изменения длины резонатора с коэффициентом пропорциональности т], где щ - начальная частота генерации лазера.

Показано, что в данной схеме амплитуда и частота генерации лазера определяются передаточной функцией волоконного световода, взятой на

мгновенной частоте ох +1]г + ь , где ь - изменение частоты генерации, обусловленное обратной связью.

А/ О", Е

Рис.2. Схема установки: лазер, оптически связанный с одномодовым световодом, содержащим встроенные отражатели.

Решение уравнения генерации лазера при наличии одного встроенного в волокно отражателя, с коэффициентом отражения К, на расстоянии г от входного торца волокна, приводит к следующим значениям изменения интенсивности Д/ и фазы т генерации лазера вследствие обратной связи:

ГсЬНОтоЯ'

УТ = 0$т(М + 2/к + Уг) (3)

в=г& (4)

где V- групповая скорость в световоде; г = — -групповое время задержки; ¡5 -

постоянная распространения моды на частоте щ,; у — скорость затухания моды в резонаторе; г0 - постоянная времени установления сигнала автодина; /0 -интенсивность генерации при отсутствии обратной связи; 1Ш - интенсивность генерации при насыщении; 6 = уе-тИ , у, - скорость потерь, определяемая утечкой через зеркало. Из полученных формул видно, что частота £2 биений сигнала автодина пропорциональна времени групповой задержки и, следовательно, расстоянию до отражателя, а оптическая фаза 2/к преобразуется в сигнал биений, который после детектирования фотодиодом,

стоящим за глухим зеркалом (рис.2) можно обработать радиотехническими методами демодуляции фазы.

При наличии в волокне N дискретных отражателей уравнения генерации будет иметь вид:

^ = + (5)

11=1

Решение этого уравнения (5), показывает, что схеме, использующей метод ЧМН, присущ эффект суммирования: сигнал от К-го отражателя содержит суммарную информацию о набегах фазы, происходящих в предшествующих отрезках световода. Здесь предполагается, что оптическая фаза световой волны между К и К+1 отражателями модулирована по гармоническому закону, и что она изменяется медленнее, чем все процессы, происходящие в лазере, Разделение сигналов от различных отрезков световода можно осуществить путем фильтрации полосовым фильтром двух соседних частот биений QK и i2x+1 с боковыми модуляционными составляющими и подачи их на квадратичный детектор. Результирующий сигнал, пропорциональный ДЛ , будет содержать члены на комбинационных частотах, в том числе и на разностной частоте. Сигнал зависит от фазовой модуляции лишь в том случае, если модулированный отрезок световода расположен между выбранными отражателями.

Если модуляции частоты лазера осуществляется по пилообразному закону, как в когерентном частотном рефлектометре, то пространственное разрешение распределенного датчика обратно пропорционально диапазону Асос линейного свиппирования частоты лазера. В этом случае спектр сигнала автодина состоит из набора дискретных спектральных компонент, разнесенных

на Пп = — (рис.3 а), б)). Огибающая каждого набора имеет вид sine функции с

- ^ 2zj] „ лг 2V

центральной частотой Qm = и полуширинои AL = — , выраженной в

единицах длины. Для He-Ne лазера Л&>с т т?Г = 2л- ■ бООМгц , а Д£ = 15см , т.е.

сигналы от двух отражателей, находящихся один от другого на расстоянии меньшем АЬ = 15см будут перекрываться по частоте и не могут быть разрешены.

В качестве отражателей в одномодовых волокнах могут быть использованы искусственно встраиваемые зеркала с малыми коэффициентами отражения или существующие внутренние отражатели в виде микроскопических неоднородностей, «вмороженных» в волокно при его вытяжке, и, приводящих к обратному рэлеевскому рассеянию света в волокне.

Рэлеевское рассеяние в этом случае описывается случайной гауссовой функцией отражения Кг) с нулевым средним значением и корреляционной длиной порядка молекулярных размеров. При этом лазерный сигнал для случая непрерывного линейного сканирования частоты имеет вид

Ы = 11й!\г(2)<хк(Ы + гРг)с11 (6)

где Ь - полная длина световода. При сканировании частоты лазера по пилообразному закону спектр б(£2)сигнала (6) показан на рис.3,в и выразится следующей формулой:

* ехр[2г/?(н - 3(0. - 'Щ^) (7)

2 л

АЬ

Таким образом, как следует из формулы (7), спектральные компоненты на рис.3,в можно интерпретировать как сигналы, вызванные расположенными на расстоянии АЬ друг от друга дискретными отражателями, и применить стандартную методику обработки. Хотя, для простоты, фазовая модуляция из уравнений (6) и (7) была исключена, можно показать, что фаза спектральной

компоненты на частоте й = соответствует оптической фазе, приобретенной

световой волной при распространении от лазера до точки г = 0.¥/2т] и обратно.

В разделе 3.2 приведены результаты экспериментального исследования генерации Не-Ке лазера типа ЛГН-207, оптически связанного с волоконным световодом и, в частности его модуляционных характеристик.

/ а Л*-. 1 | <PmRk | Rk*\

к б , 1 1 . Г 3 A L 1U ^

/ к в 1 2 " 1 г 1

Рис.3. Спектры сигналов, вызванные разными отражателями, встроенными в световод (а) -при линейной модуляции частоты; (б) - при пилообразной модуляции частоты; (в) - с учетом аппаратной функции (sinc) датчика и рэлеевского рассеяния

Этот тип лазера генерирует одну - две продольных моды. Оптическая длина лазерного резонатора изменялась путем изменения длины резонатора лазера с помощью пьезокерамики, в результате чего изменялась частота генерации лазера. Характерная эффективность модуляции в данной конструкции составляла 15 МГц/В, что позволяло непрерывно перестраивать резонатор внутри всей полосы усиления активной среды в пределах вплоть до 1 ГТц. В экспериментах наблюдались оптическая бистабильность и гистерезис, обусловленные нелинейным характером конкуренции продольных мод в He-Ne лазере с волоконной обратной связью. В данном разделе также приведены результаты исследования перекрестных помех, возникающих в распределенных датчиках на основе автодина, и показано, что основным источником перекрестных помех является нелинейность лазера. Датчики представляют

собой отрезки волокна, разделенные встроенными отражателями с коэффициентами отражения равными з0,16.

В разделе 3.3 приводятся результаты исследования мультиплексных и распределенных датчиков на основе когерентного частотного рефлектометра. Датчик температуры представлял собой отрезки световода, разделенные встроенными зеркалами. Используя, при детектировании сигнала, метод счета интерференционных полос была получена чувствительность к изменению температуры 5-10^ °К при длине волокна 30м, однако, вследствие низкочастотных дрейфов частоты лазера, его точность не превышала 10"3 °К. Учитывая, малую тепловую инерционность световода, была предпринята попытка создания распределенного датчика теплового удара, использующего сигналы обратного рэлеевского рассеяния в волокне. Показано, что с помощью такого датчика можно уверенно локализовать место нагрева участка волокна с точностью до 1 м при скорости изменения температуры 1 °К/с.

Далее показана возможность создания распределенных датчиков динамических смещений на основе интерференции сигналов обратного релеевского рассеяния в волокне. Фазовая чувствительность такого датчика

составила 3 ПРИ пространственном разрешении равном = 0,7 м.

На основе когерентного частотного рефлектометра была продемонстрирована возможность создания распределенной волоконно-оптической системы обнаружения внешних воздействий на линию (система охранной сигнализации). В данной схеме, для модуляции частоты излучения, использовался внешний волоконный фазовый модулятор, и было показано, что пространственное разрешение системы определяется изменением мгновенной частоты свипп-генератора (фазового модулятора).

В главе 4 приведены результаты исследований по созданию широкополосного волоконно-оптического фазового модулятора. Расчеты основных параметров составного резонатора цилиндрической формы показывают, что его добротность значительно превышает добротность простого

резонатора и, что потери мощности в нем происходят в основном за счет излучения звука в пространство. Поэтому данный модулятор не перегревается при больших мощностях, что позволило увеличить индекс фазовой модуляции и достичь диапазона девиации мгновенной частоты лазера в 20 ГГц.

Основные результаты и выводы,

1. Проведен теоретический анализ отклика когерентного волоконно-оптического рефлектометра на воздействие на оптическое волокно, приводящее к фазовой модуляции световой волны. Показано, что отклик рефлектометра на фазовую модуляцию света в волокне имеет интерференционную составляющую, то есть является сигналами интерферометра. Получено выражение для видности интерференционной картины сигнала когерентного рефлектометра, в случае прямоугольного импульса излучения, показывающее, что точечная фазовая модуляция в волокне вызывает изменение не всей рефлектограммы, а только малой ее части в окрестности точки воздействия. Это позволяет сделать вывод о возможности использования когерентного рефлектометра, с оптическим волокном в качестве системы распределенных интерферометрических датчиков, сигнал которых подобен сигналу от ряда интерферометров Фабри-Перо, а пространственное разрешение равно пространственному разрешению рефлектометра.

Изложенные выше теоретические выводы подтверждены экспериментально. Создан макет распределенного датчика, на котором показана возможность детектирования интерференции между обратно рассеянными в одномодовом оптическом волокне волнами. Показано, что интенсивность сигнала когерентного рефлектометра изменяется подобно сигналу интерферометра, что согласуется с теоретическим расчетом.

Порог чувствительности датчика к изменению оптической фазы составил 0,2рад при длине оптического волокна 2км.

2. Предложена и исследована схема распределенного волоконно-оптического датчика на основе когерентного рефлектометра с линией задержки. Экспериментально показано, что в данной схеме воздействие на оптическое

волокно, приводящее к фазовой модуляции света, вызывает изменение амплитуды всей рефлектограммы за точкой воздействия. Такая схема распределенного датчика позволяет использовать источник излучения с малой длиной когерентности, и, таким образом, устранить эффект замирания сигналов в линии.

Исследовано влияние поляризационных свойств оптического волокна на фазовую чувствительность когерентного оптического рефлектометра. Показано, что поляризационные свойства волоконной линии проявляются на рефлектограмме в виде флуктуаций, ограничивая, таким образом, порог чувствительности распределенного ВОД с линией задержки. Это явление можно избежать, применяя в качестве контура анизотропное одномодовое волокно и полихроматический источник излучения.

3. Проведен теоретический анализ функционирования частотно-модулированного лазера с волоконной оптической обратной связью (волоконно - оптичского лазерного автодина). Показано, что при линейной модуляции длины резонатора во времени гц, амплитуда и частота генерации лазерного автодина определяется передаточной функцией световода, взятого на мгновенной частоте генерации лазера тм =щ +гр+у, где щ - частота генерации лазера, и - изменение частоты, обусловленное обратной связью.

При этом излучение лазера оказывается промодулированным с частотой биений, пропорциональной времени групповой задержки и следовательно расстоянию до отражателя в волокне, а оптическая фаза преобразуется в сигнал биений, который можно детектировать фотоприемником и обрабатывать радиотехническими методами.

Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что при наличии в волокне N отражателей спектр сигнала автодина состоит из набора N дискретных спектральных компонент, частота которых пропорциональна расстоянию до соответствующего отражателя. При этом в качестве отражателей могут быть использованы неоднородности в волокне, приводящие к обратному рэлеевскому рассеянию.

4. Впервые на основе когерентного частотного рефлектометра предложен и экспериментально реализован волоконно - оптический датчик динамических воздействий на оптическое волокно, использующий интерференцию сигналов обратного рэлеевского рассеяния света в волокне. Пространственное разрешение такого датчика на основе Не - Ne лазера определялось диапазоном перестройки частоты лазера и составило =0,7м, а достигнутая фазовая чувствительность была равна 3 • 1(И рад/-/гц.

5. Проведен теоретический анализ собственных колебаний составного резонатора с намотанным на него оптическим волокном и возбуждаемого с помощью пьезопреобразователя. Выяснен механизм потерь такого резонатора и показано, что потери обусловлены излучением звука в пространство, а не нагревом резонатора, как это имеет место в простых резонаторах на основе пьезокерамики.

На основе составного резонатора из высокодобротного материала (бронзы) создан и исследован волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон девиации мгновенной частоты лазера равным = 20 ГГц, при отсутствии какого либо нагрева модулятора. Показано, что диапазон девиации частоты излучения ограничивается нелинейной зависимостью упругих деформаций резонатора от амплитуды внешней возбуждающей силы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мамедов A.M., Потапов В.Т. - Одноволоконные распределенные волоконно-оптические датчики физических величин. - Радиотехника. №12, стр.61-67,2004.

2. Мамедов А.М., Потапов В.Т. - Распределенный волоконно-оптический датчик динамических деформаций на основе эффекта невзаимной фазовой модуляции. - «Фотон-Экспресс» №6 - 2007- Тезисы доклада Всероссийской конференция по волоконной оптике - г. Пермь, 10-12 октября - С.52-55

3. Мамедов A.M., Потапов В.Т. - О влиянии поляризационных свойств одномодового оптического волокна на параметры фазочувствительного волоконного рефлектометра. -Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, LXIII научная сессия, посвященная дню радио, т.1, стр.155-157, 14 - 15 апреля 2008г. г. Москва

4. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Потапов Т.В. - Распределенный волоконно-оптический датчик, использующий интерференционные эффекты при рэлеевском рассеянии в одномодовых световодах. - Труды конференции «Оптические сети связи в России: наука и практика». Стрр.54-57 Москва 1011 апреля, 2002г.

5. Мамедов A.M., Потапов В.Т. - Распределенная волоконно-оптическая система обнаружения несанкционированного доступа. - Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, LVII научная сессия, посвященная дню радио, т.1, стр.215-217, 15-16 апреля 2002г. г. Москва

6. Мамедов A.M., Потапов В.Т. - Распределенный волоконно-оптический датчик, использующий эффект невзаимной фазовой модуляции. - Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, LVII научная сессия, посвященная дню радио, т.2, стр.55-58,19-20 мая 2004г. г. Москва

7. Mamedov А.М., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. - The use of Rayleigh backscattering for interferometric remote fiber optic sensor system. - Turkish Journal of Physics, vol.20, №4, 1996, pp. 340-343

8. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. - Interferometry with Rayleigh backscattering in a single-mode optical fiber. Optics Letters, vol.19, № 3, 1994, pp. 225-227

9. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. - Distributed interferometry using Rayleigh backscattering in optical fibres. - OFS-9, Firenze, Italia, may 4-6, 1993, pp. 203-205

10. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. - Interferometric distributed contact pressure fiber sensor. - ISFOC-93, The Third International

Russian Fiber Optical Conference, St. Petersburg, Russia, April 26-30, 1993, pp. 271-274

11. Мамедов A.M., Потапов B.T., Шаталин C.B., Юшкайтис P.B. - Автодинные мультиплексные волоконно-оптические датчики. - Квантовая электроника, т.20, №19, 1993, стр. 903-912

12. Мамедов А.М., Потапов В.Т., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Распределенный интерферометрический волоконно-оптический датчик. -Письма в ЖТФ, т.19, вып.8,1993, стр. 6-12

13. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Распределенная волоконно-оптическая система сигнализации. - Письма в ЖТФ, т.19, вып. 14,1993, стр. 83-86

14. Distributed interferometric fiber sensor system. Optic Letters, vol.17, №22, 1992, pp. 1623-1625

15. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. - Distributed interferometric fiber sensor system. ISFOC-92, The Second International Russian Fiber Optical Conference, St. Petersburg, Russia, October 5-9,1992, pp. 340-345

16. Mamedov A.M., Potapov V.T. - Fiber Optic phase modulator to provide optical frequency shift range of up to 20 GHz. 8-th European Conference Networks &Optical Communications July 1-3, 2003, Vienna, Austria.

17. Мамедов A.M., Потапов B.T., Шаталин C.B. - Волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон сдвига оптической частоты до 20 ГГц. - Письма в ЖТФ. Том 28, №8, стр.60-68, 2002.

18. Мамедов А.М., Потапов В.Т. - Волоконно-оптический модулятор, обеспечивающий диапазон сдвига оптической частоты 20 ГГц. - Труды Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе» , IT+SE 2002, Украина, Ялта-Гурзуф,20-30 мая 2002г., стр.291-292.

19. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В. - Волоконно-оптический фазовый модулятор с высоким индексом модуляции. - Труды РНТОРЭС им.

А. С. Попова, 55-я научная сессия, посвященная дню радио, Москва, 2000, стр. 171

20. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Седых Д.А., Шаталин С.В -Широкополосный волоконно-оптический свип-генератор. Письма в ЖТФ, т. 17, вып. 16, 1991, стр. 13-17

21. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Седых Д.А., Шаталин С.В -Псевдогетеродинный метод измерения характеристик быстродействующих фотоприемников. - Вторая Научно-Техническая Конференция "Оптические Сети Связи", г. Владимир, 21-25 Октября, 1991, стр. 134-137

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Мамедов, Акиф Маил оглы

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБРАТНОЕ РЭЛЕЕВСКОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА В ОДНОМОДОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ, МЕТОДЫ ЕГО ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Метод временной рефлектометрии (Optical Time

Domain Reflectometry - OTDR).

1.2. Метод когерентной частотной рефлектометрии (C-OFDR).

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАТНОГО РЭЛЕЕВСКОГО РАССЕЯНИЯ

В ОДНОМОДОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ МЕТОДОМ КОГЕРЕНТНОЙ ВРЕМЕННОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ.

2.1. Теоретический анализ отклика временного рефлектометра при фазовой модуляции света в оптическом волокне.

2.2. Экспериментальные исследования интерференционных эффектов при обратном рэлеевском рассеянии.

2.2.1. Определение чувствительности и пространственного разрешения макета распределенного датчика

2.2.2. Эксперимент с серийным рефлектометром.

2.2.3. Распределенный датчик динамических деформаций.

2.3. Исследование интерференционных эффектов сигналов рэлеевского рассеяния в схеме когерентного рефлектометра с линией задержки.

2.4. Влияние поляризационных свойств оптического волокна на фазовую чувствительность волоконного рефлектометра.

Глава 3. МЕТОД КОГЕРЕНТНОЙ ЧАСТОТНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ.

3.1. Теоретический анализ частотного модулирования лазера с волоконно-оптической обратной связью.

3.1.1. Генерация лазера при наличии одного дискретного отражателя.

3.1.2. Генерация лазера при наличии N дискретных отражателей в волокне.

3.2. Экспериментальные исследования генерации He-Ne лазера, оптически связанного с волоконным световодом.

3.2.1 Модуляционные характеристики He-Ne лазера.

3.2.2. Бистабильность продольных мод.

3.2.3. Перекрестные помехи.

3.3. Мультиплексные волоконно-оптические датчики на основе метода когерентной частотной рефлектометрии.

3.3.1. Мультиплексный автодинный датчик температуры.

3.3.2. Факторы, ограничивающие мультиплексирование.

3.4. Распределенный интерферометрический волоконно-оптический датчик динамических воздействий на основе рэлеевского рассеяния.

3.5. Распределенная волоконно-оптическая система сигнализации

Глава 4. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ФАЗОВЫЕ МОДУЛЯТОРЫ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВОД НА ОСНОВЕ КОГЕРЕНТНОГО ЧАСТОТНОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА.

4.1. Анализ колебаний составных резонаторов.

4.2. Экспериментальные исследования волоконно-оптического фазового модулятора.

Введение диссертация по физике, на тему "Интерференционные эффекты при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах"

Рефлектометрические методы измерения и контроля характеристик оптических волокон, кабелей, интегрально-оптических элементов в настоящее время представляют собой быстроразвивающуюся область измерительной техники, которая объединяет в себе методы измерения пространственного распределения потерь в волоконно-оптических линиях и системах путем анализа обратно рассеянного или отраженного излучения. Основными особенностями и преимуществами этих методов являются: возможность проведения измерений и экспериментов при доступности только к одному из концов волоконного тракта, неразрушающий характер измерений, высокая чувствительность и точность измерений.

История развития волоконно-оптической рефлектометрии насчитывает свыше 30 лет, она непосредственно связана с разработкой и созданием оптических волокон, обладающих малыми оптическими потерями, первых волоконно-оптических линий связи, а также мощных и надежных полупроводниковых лазеров. В 70s годы был предложен и реализован ряд методов измерения затухания света в волоконно-оптических трактах по величине обратно-отраженных и обратно-рассеянных световых волн, распространяющихся в оптических волокнах, которые были классифицированы как методы волоконно-оптической рефлектометрии.

Сущность методов волоконно-оптической рефлектометрии заключается в том, что в измеряемый волоконно-оптический тракт вводится зондирующий оптический сигнал, который, распространяясь в волокне, испытывает рэлеевское рассеяние. Часть рассеянного излучения в пределах числовой апертуры оптического волокна возвращается обратно. Регистрируя и анализируя этот обратно рассеянный сигнал можно восстановить эволюцию зондирующего сигнала во времени и пространстве, и определить такие параметры, как распределение и координату потерь по длине волоконного тракта.

Существует несколько методов волоконно-оптической рефлектометрии и соответствующих приборов — рефлектометров. Наиболее распространенным из них является метод временной рефлектометрии (Optical Time Domain Reflectometry — OTDR), который нашел широкое применение и практически незаменим при монтаже и эксплуатации BOJIC. Метод частотной рефлектометрии (Optical Time Domain Reflectometry — OFDR), из-за своей специфики, в основном, пока применяется в научных исследованиях, и, частично, при измерении потерь в волоконных линиях малой протяженности. Практически одновременно с созданием первых волоконно-оптических рефлектометров были показаны возможности применения методов волоконно-оптической рефлектометрии для создания распределенных и мультиплексных систем волоконно-оптических датчиков (ВОД) физических величин. Дальнейшее развитие методов привело к идее распределенных датчиков, в которых световод используется в качестве элемента, чувствительного к воздействию различных физических величин и полей. Регистрируемой величиной в таких системах является изменение свойств рассеянного в оптическом волокне излучения (амплитуды, фазы, спектра, поляризации и т.д.), происходящие под воздействием этих величин и полей.

Сегодня методы волоконно-оптической рефлектометрии являются активно разрабатываемой областью оптоэлектроники и волоконной оптики, использующей последние достижения в измерительной технике, оптической связи, научных исследованиях. Однако, обзор текущего состояния дел показывает, что несмотря на существенные достижения, уникальные возможности волоконно-оптической рефлектометрии для создания распределенных волоконно-оптических датчиков физических величин и полей реализованы не в полной мере.

Актуальность работы.

В методе временной рефлектометрии в исследуемый волоконный тракт (или оптическое волокно) посылаются короткие импульсы излучения, а затем регистрируются и анализируются сигналы обратного рэлеевского рассеяния, возникающие при их распространении в волокне. При этом в современных рефлектометрах, применяемых при прокладке и контроле BOJIC, в качестве источника излучения используются достаточно простые типы полупроводниковых лазеров с резонаторами типа Фабри-Перо на основе гетероструктур различных полупроводниковых соединений. Как правило;, лазеры такого типа обычно работают в многомодовом режиме, излучая множество продольных мод; длина когерентности излучения лазеров лежит: в пределах (1+10)мм. В этом случае даже при длительности импульсов фотоприемника суммируются не амплитуды, а мощности рассеянных обратно волн, т.е. происходит усреднение по спектру излучения лазера и интерференционные эффекты обратно рассеянных волн не наблюдаются. Поэтому, несмотря на то, что современные волоконно-оптические рефлектометры позволяют измерять распределение потерь в оптических волокнах длиной до 200км и при пространственном разрешении порядка 1м, распределенные волоконно-оптические датчики на их основе не представляют существенного практического интереса из-за недостаточной чувствительности рефлектометров.

Если же длина когерентности лазерного диода в рефлектометре превышает ширину импульса света в волокне, то имеет место эффект когерентного рассеяния света, при этом суммируются амплитуды рассеянных волн и наблюдается эффект интерференции обратно-рассеянного в волокне излучения. В обычных рефлектометрах для линий связи этот эффект является т = 10нс, полуширина импульса и, следовательно, на входе источником дополнительных когерентных шумов. Поэтому, он исключается описанным выше путем - усреднением по спектру, за счет выбора низкокогерентного источника и соответствующих длительностей импульсов.

Таким образом, при использовании в рефлектометрах когерентных источников излучения, сигналы, обусловленные фазовой модуляцией в волокне, проявляются значительно сильнее, чем, в рефлектометрах с некогерентным источником, где происходит их усреднение.

Появившиеся в последнее время рефлектометры, в которых используются когерентные импульсные источники излучения, получили название когерентных или фазочувствительных рефлектометров, а сам метод измерения - метода когерентной временной рефлектометрии. С появлением таких рефлектометров идея создания распределенных волоконно-оптических датчиков обрели практическую реальность. Сущность метода фазочувствительной рефлектометрии состоит в том, что на фотоприемнике рефлектометра регистрируется свет, рассеянный с отрезка волокна, длина которого равна интервалу разрешения рефлектометра. Если волокно подвергается воздействию, то из-за явления интерференции результат измерения изменяется от импульса к импульсу. Таким образом, осуществляется фазовая модуляция сигнала, величина которой пропорциональна величине воздействия, которая и регистрируется. По величине запаздывания света строится пространственная развертка по длине волокна, что позволяет определять место воздействия.

Несмотря на то, что данному методу посвящено большое число работ и уже продемонстрирован ряд распределенных ВОД и контрольно-измерительных систем на их основе, значительная часть вопросов до сих пор остается неисследованной. В частности, неясным остается вопрос о степени когерентности источника излучения. Очевидно, что с одной стороны источник должен быть достаточно когерентным, чтобы можно было уверенно видеть сигнал интерференции. Поэтому в первых работах говорилось, что линия генерации лазера должна быть как можно более узкая.

Однако, когда длина когерентности начинает превышать длину импульса рефлектометра возникает эффект замирания сигнала, который приводит к тому, что на определенных участках волокна интерференционный сигнал пропадает и появляются «темные» места в распределенном датчике. Существует несколько вариантов борьбы с этим эффектом, однако проблема до сих пор до конца еще не исследована. Не исследовано также влияние поляризационных свойств оптических волокон на чувствительность фазочувствительного рефлектометра.

Остается не исследованным также вопрос регистрации интерференционных эффектов при рэлеевском рассеянии методом когерентной частотной рефлектометрии, который привлекателен благодаря его большому динамическому диапазону и рекордному пространственному разрешению. В когерентном частотном рефлектометре частота зондирующего излучения изменяется по линейному закону. При этом отклик фотоприемника на отраженный сигнал представляет собой суперпозицию гармонических составляющих, частота которых пропорциональна групповому запаздыванию отраженных волн, амплитуда - амплитуде этих волн, а фаза определяется фазовой задержкой излучения в световоде.

В ранних работах метод когерентной частотной рефлектометрии применялся для мультиплексирования ВОД, представляющих собой участки одномодового оптического волокна, расположенные между отражателями с малым коэффициентом отражения (интерферометры Фабри-Перо низкого контраста) и объединенные в общую волоконную линию. Расстояние между отражателями в световоде (база Фабри-Перо) выбиралось большим, чем пространственное разрешение когерентного частотного рефлектометра. В этом случае с помощью низкочастотного фильтра можно выделять гармонические составляющие в сигнале фотоприемника, соответствующие отражению от каждого отражателя. Измеряя разность фаз в гармонических составляющих, соответствующих отражению от двух соседних отражателей, можно определить фазовую задержку световых волн при распространении их на участке световода между отражателями. Таким образом, участки световода между отражателями рассматриваются как чувствительные элементы волоконно-оптического датчика, включенные последовательно в единую волоконную линию. Во избежание перекрестных помех, обусловленных многократными переотражениями в световоде, коэффициенты отражений отражателей должны были достаточно малыми. Кроме этого, малость коэффициента отражения позволяла увеличивать число чувствительных элементов в линии. В дальнейшем был предложен автодинный прием излучения отраженного от чувствительных элементов обратно в лазер. При измерении малых отражений этот метод позволял реализовать чувствительность близкую к квантовому пределу. Помимо этого, применение автодинного приема упростило оптическую5 схему рефлектометра. Динамический диапазон когерентного частотного рефлектометра с автодинным приемом излучения, отраженного от торца световода, ограничивался из-за конечного пространственного разрешения метода, т.к. амплитуда отраженного сигнала определяется не только амплитудными коэффициентами дискретных отражателей, но и суммарной амплитудой волн, отраженных от рэлеевских рассеивающих центров в участке световода, соответствующего интервалу разрешения рефлектометра.

На возможность и необходимость использования сигналов, обратно отраженных от рэлеевских рассеивающих центров, для создания распределенных и мультиплексных систем ВОД, впервые было указано в лаборатории Волоконно-оптических систем ИРЭ РАН. В дальнейшем исследовались различные схемы когерентного частотного и временного рефлектометров, однако полный анализ возможностей данного метода, до сих пор отсутствует. Остается также до конца нерешенной проблема перестройки частоты излучения лазера (линейно-частотной модуляции) в широком диапазоне частот, от которой зависит пространственное разрешение метода, проблема создания частотных или фазовых волоконно-оптических модуляторов.

Цель работы.

Работа направлена на разработку физических основ новых методов оптических измерений, использующих интерференционные эффекты, возникающие при рэлеевском рассеянии света в одномодовых оптических волокнах.

С этой целью в работе решались следующие основные задачи:

2. Изучение влияния поляризационных свойств оптических волокон на фазовую чувствительность когерентного рефлектометра.

3. Разработка оптимальных методов и схем распределенных волоконно-оптических датчиков на основе когерентной временной и частотной-рефлектометрии.

Научная новизна.

1. Развиты методы когерентной частотной и когерентной временной рефлектометрии для детектирования оптической фазы сигналов обратного рэлеевского рассеяния в оптических волокнах. Экспериментально показано, что при практически равной фазовой чувствительности к воздействию, метод когерентной частотной рефлектометрии, в силу когерентного приема сигнала, позволяет получить существенно более высокое пространственное разрешение распределенного датчика. Однако, по числу мультиплексируемых чувствительных элементов (датчиков или измерительных каналов) и длине анализируемого волоконного тракта метод временной когерентной рефлектометрии существенно превосходит метод когерентной частотной рефлектометрии.

2. Впервые методом когерентной частотной рефлектометрии реализовано измерение интерференционных эффектов, возникающих при обратном рэлеевском рассеянии излучения в одномодовых оптических волокнах, и экспериментально показана возможность создания распределенного волоконно-оптического датчика внешних воздействий на основе этого метода.

3. Показано, что в схеме распределенного интерферометрического датчика с автодинным приемом излучения, при модуляции частоты лазера по линейному закону, спектр биений лазерного излучения определяется распределением неоднородностей по длине волокна, а фазы спектральных компонент содержат информацию о набеге фазы обратно отраженного (рассеянного) оптического сигнала.

4. Исследовано влияние поляризационных свойств оптических волокон на фазовую чувствительность когерентного волоконного рефлектометра. Показано, что в схеме рефлектометра с линией задержки, позволяющей7 исключить эффект замирания сигнала в линии, на рефлектограмме проявляются поляризационные шумы (пространственные флуктуации сигнала в масштабе длины поляризационных биений), ограничивающие фазовую чувствительность рефлектометра. Эти шумы существенно подавляются при использовании анизотропного оптического волокна и полихроматического источника излучения, например, суперлюминисцентного светодиода.

5. На основе составного электромеханического резонатора предложен и реализован волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон перестройки мгновенной частоты световой волны до 20ГГц, что позволит довести пространственное разрешение когерентного частотного рефлектометра до 1-2см.

Научная и практическая значимость работы.

Результаты работы могут быть использованы для создания распределенных и мультиплексных систем волоконно-оптических датчиков физических величин, систем контроля и мониторинга различных объектов в реальном масштабе времени. Результаты главы 1 использованы для создания когерентного частотного рефлектометра на основе He-Ne лазера, позволяющего с высоким пространственным разрешением (до ~ 15см) контролировать распределение потерь в объектовых волоконно-оптических линиях связи. Волоконно-оптический фазовый модулятор, описанный в главе 2, может быть использован в системах для тестирования волоконно-оптических устройств, измерений АЧХ фотоприемников, измерения дисперсии оптических волокон.

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты анализа методов когерентно-частотной и когерентной временной рефлектометрии в части их применения для детектирования фазы сигналов обратного рэлеевского рассеяния в оптическом волокне и реализации распределенных волоконно-оптических датчиков, показавшие, что, при практически равной фазовой чувствительности к воздействию, метод когерентной частотной рефлектометрии обеспечивает получение более высокого пространственного разрешения, а метод когерентной временной рефлектометрии имеет существенные преимущества по длине анализируемого волоконно-оптического тракта, и по числу мультиплексируемых чувствительных элементов (датчиков или каналов измерений).

2. На основе интерференционных эффектов при рэлеевском рассеянии когерентного излучения в одномодовом оптическом волокне реализован распределенный волоконно-оптический датчик с индикацией координаты внешнего воздействия на волоконную линию, в котором используется схема детектирования оптической фазы сигналов обратного рэлеевского рассеяния (фазочувствительный волоконно-оптический рефлектометр), и, таким образом, обеспечивается многократное увеличение чувствительности к слабому возмущению по сравнению с амплитудными датчиками.

3. В схеме когерентного временного рефлектометра с линией задержки фазовая чувствительность метода измерения ограничивается поляризационными шумами (пространственными флуктуациями оптических сигналов в масштабе длины поляризационных биений волокна). Эти шумы существенно подавляются при использовании анизотропного волокна и полихроматического источника излучения, например, суперлюминисцентного светодиода.

4. Разработан волоконно-оптический фазовый модулятор, на основе составного электромеханического резонатора, обеспечивающий диапазон, перестройки мгновенной частоты линии излучения лазера, свыше 20ГГц.

Личный вклад автора в получение результатов.

• Участие в теоретическом исследовании когерентного частотного и когерентного временного рефлектометров.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИРЭ РАН, научных сессиях Общества им. А.С. Попова в 2000, 2002, 2004 и 2008 г., Европейской конференции по Оптическим сетям и связи (Австрия, 2003), Международной конференции по волоконно-оптическим датчикам (Италия, 1993), Международных конференциях ISFOC (Санкт Петербург, 1992, 1993г.) , во Всероссийской конференции по волоконной оптике (г. Пермь, 2007)

Публикации.

По теме работы опубликовано 21 работа [1-21] включая 9 статей в реферируемых журналах, 12 публикаций в сборниках трудов конференций и тематических сборниках.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Выводы к главе 4

1. Проведен теоретический анализ собственных колебаний составного резонатора с намотанным на него оптическим волокном и возбуждаемого с помощью пьезопреобразователя. Показано, что потери такого резонатора в основном обусловлены излучением звука в пространство, а не его нагревом, как это имеет место в простых резонаторах на основе пьезокерамики.

2. На основе составного резонатора из высоко добротного материала (бронзы) создан и исследован волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон девиации мгновенной частоты лазера равным = 20 ГГц при отсутствии какого либо нагрева модулятора.

3. Показано, что диапазон девиации частоты излучения ограничивается нелинейной зависимостью упругих деформаций резонатора от амплитуды внешней возбуждающей силы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кратко сформулируем основные результаты полученные в настоящей работе.

1. Получено выражение для видности интерференционной картины сигнала когерентного рефлектометра в случае прямоугольного импульса излучения, показывающее, что точечная фазовая модуляция в волокне вызывает изменение не всей рефлектограммы, а только малой ее части в окрестности точки воздействия. Это позволяет сделать вывод о возможности использования когерентного рефлектометра с оптическим волокном в качестве системы распределенных интерферометрических датчиков, сигнал которых подобен сигналу от ряда интерферометров Фабри-Перо, а пространственное разрешение равно пространственному разрешению рефлектометра.

2. Изложенные выше теоретические выводы подтверждены экспериментально. Создан макет распределенного датчика, на котором показана возможность детектирования интерференции между обратно рассеянными в одномодовом оптическом волокне волнами. Порог чувствительности датчика к изменению оптической фазы составил 0,2рад при длине оптического волокна 2км.

Предложена схема распределенного волоконно-оптического датчика на основе когерентного рефлектометра с линией задержки и исследовано влияние поляризационных свойств оптического волокна на фазовую чувствительность этой схемы. Показано, что поляризационные свойства волоконной линии могут ограничивать порог чувствительности ВОД. Это явление можно избежать, применяя в качестве контура анизотропное одномодовое волокно и полихроматический источник излучения.

3. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что при наличии в волокне N отражателей спектр сигнала автодина состоит из набора N дискретных спектральных компонент, частота которых пропорциональна расстоянию до соответствующего отражателя. При этом в качестве отражателя могут быть использованы неоднородности в волокне, приводящие к обратному рэлеевскому рассеянию

4. Впервые на основе когерентного частотного рефлектометра предложен и экспериментально реализован волоконно - оптический датчик динамических воздействий на оптическое волокно, использующий интерференцию сигналов обратного рэлеевского рассеяния света в волокне. Пространственное разрешение такого датчика на основе He-Ne лазера определялось диапазоном перестройки частоты лазера и составило ~0,7м, а достигнутая фазовая чувствительность была равна 3 • 10~3 рад/\[гц.

5. На основе составного резонатора из высоко добротного материала (бронзы) создан и исследован волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон девиации мгновенной частоты лазера равным 20ГГц, при отсутствии какого либо нагрева модулятора. Показано, что., . • диапазон девиации частоты излучения ограничивается нелинейной зависимостью упругих деформаций резонатора от амплитуды внешней возбуждающей силы, а потери обусловлены излучением звука в пространство, а не нагревом резонатора, как это имеет место в простых резонаторах на основе пьезокерамики.

Благодарности. При работе над диссертацией автор ощущал постоянную и заинтересованную поддержку со стороны научного руководителя профессора В.Т. Потапова. При оформлении диссертации большую помощь автору оказала М.Г. Третьякова. Им автор выражает свою искреннюю благодарность.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Мамедов, Акиф Маил оглы, Фрязино

1. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Седых Д.А., Шаталин С.В -Псевдогетеродинный метод измерения характеристик быстродействующих фотоприемников. - Вторая Научно-Техническая Конференция "Оптические Сети Связи", стр. 134-137, г. Владимир, 2125 Октября, 1991.

2. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Седых Д.А., Шаталин С.В -Широкополосный волоконно-оптический свип-генератор. Письма в ЖТФ, т. 17, вып. 16, стр. 13-17, 1991.

3. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Distributed interferometric fiber sensor system. - Optic Letters, vol.17, №22, pp: 16231625, 1992.

4. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Distributed. interferometric fiber sensor system. - ISFOC-92, The Second International Russian Fiber Optical Conference, pp, 340-345, St. Petersburg, Russia, October 5-9, 1992.

5. Мамедов A.M., Потапов B.T., Шаталин C.B., Юшкайтис P.B. -Распределенный интерферометрический волоконно-оптический датчик. Письма в ЖТФ, т.19, вып.8, стр. 6-12, 1993.

6. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Распределенная волоконно-оптическая система сигнализации. Письма в ЖТФ, т.19, вып. 14,, стр. 83-86, 1993.

7. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Автодинные мультиплексные волоконно-оптические датчики. Квантовая электроника, т.20, №19, стр. 903-912, 1993.

8. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Interferometric distributed contact pressure fiber sensor. - ISFOC-93, The Third International Russian Fiber Optical Conference, St. Petersburg, Russia, April 26-30, pp. 271-274, 1993.

9. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Distributed interferometry using Rayleigh backscattering in optical fibres. - OFS-9, Firenze, Italia, may 4-6, pp. 203-205, 1993.

10. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Interferometry with Rayleigh backscattering in a single-mode optical fiber. Optics Letters, vol.19, №3, pp. 225-227, 1994.

11. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. The use of Rayleigh backscattering for interferometric remote fiber optic sensor system. - Turkish Journal of Physics, vol.20, №4, pp. 340-343, 1996.

12. Мамедов A.M., Потапов B.T., Шаталин C.B. Волоконно-оптический фазовый модулятор с высоким индексом модуляции. - Труды РНТОРЭС им. А.С. Попова, 55-я научная сессия, посвященная дню радио, Москва, стр. 171, 2000.

13. М.Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В. Волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон сдвига оптической частоты до 20 ГГц. - Письма в ЖТФ. - Том 28, №8, стр.60-68, 2002.

14. Мамедов A.M., Потапов В.Т. Распределенная волоконно-оптическая система обнаружения несанкционированного доступа. - Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, LVII научная сессия, посвященная дню радио, т.1, стр.215-217, г.Москва, 15-16 апреля 2002г.

15. Mamedov A.M., Potapov Y.T. Fiber Optic phase modulator to provide optical frequency shift range of up to 20 GHz. 8-th European Conference Networks &Optical Communications, Vienna, Austria, July 1-3, 2003.

16. Мамедов A.M., Потапов B.T. Распределенный волоконно-оптический датчик, использующий эффект невзаимной фазовой модуляции. -Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, LVII научная сессия, посвященная дню радио, т.2, стр.55-58, г. Москва, 19-20 мая 2004г.

17. Мамедов A.M., Потапов В.Т. Одноволоконные распределенные волоконно-оптические датчики физических величин. - Радиотехника. №12, стр.61-67, 2004.

18. Barnoski М.К. and Jensen. Single mode fiber waveguides: a novel technique for investigating attenuation characteristics. - Appl. Optics, V.15, pp. 2112-2115, 1976.

19. E. Brinkmayer. Analysis of the backscattering method for Single mode fibers. - J. Opt. Soc. Am., V. 70, №8, pp. 1010-1011.

20. Di Vita P. and Rossi U. The backscattering technique: its field of applicability in fiber diagnostic and attenuation measurements. - Optical and Quantum Electron, v.l 1, pp. 17-22, 1980.

21. Dakin J.P., Pratt D.J., Bibby G.W., and Ross J.N. Distributed optical fibre Raman temperature sensor using a semiconductor light source and detector. -Electron. Lett., V.21, ppp569-570, 1985.

22. Tateda M., Horiguchi T.,Kurashima Т., and Ishihara K. First measurement of strain distribution along field-installed optical fibers using Brillouin spectroscopy. - J. Lightwave Technol., V.8, pp. 1269-1272, 1990.

23. Rogers A.J. Polarization-optical time domain reflectometry. - Electron. Lett., V. 16, pp.489-490, 1980.

24. Rogers A.J. Polarization-optical time domain reflectometry: a new technique for the measurement of field distributions. - Appl. Opt., V.20, pp. 1060-1074, 1981.

25. Danielson B. Optical time-domain reflectometer specifications and performance testing Appl. Optics, v.24, №15, pp.2313-2321, 1985.

26. Nakazawa M. Rayleigh backscattering theory for single-mode optical fibers. -J. Opt. Soc. Am., V.73, pp.1175-1180, 1983.

27. Eickhoff W. and Ulrich R. Optical frequency domain reflectometry in single mode fibers. Appl. Phys. Lett, v.39, pp. 693-695, 1981.

28. Kingsley S.A., and Davies D.E.N. OFDR diagnostics for fibre and integrated - optic systems. - Electron. Lett., V.21, pp. 434-435, 1985.

29. Healey P. Statistics of Rayleigh backscattering from a single-mode optical fibre. - Electron. Lett., V.21, pp.226-228, 1985.

30. Gysel P., and Staubli R.K. Statistical properties of Rayleigh backscattering in single -mode fibers. - J. Lightwave Technol., V.8, pp.561-567, 1990.

31. J.C Juarez, E.W. Maier, K.N. Choi, and H.F. Taylor. Distributed Fiberoptic Intrusion sensor System. - J. Lightwave Technol., vol.23, no.6, pp. 2081-2086, 2005.

32. K. Shimizu at al. Characteristics and Reduction of Coherent Fading Noise in Rayleigh Backscattering Measurement for Optical Fibers and Components. - J. Lightwave Technology, v. 10, p.p.982-987, 1992.

33. Taylor H.F., and Lee C.E. Apparatus and methods for fiber optic intrusion sensing. - US Patent, №5194847, 1993

34. Shatalin S.V., Treshikov V.N., and Rogers A J. Interferometric optical time-domain reflectometry for distributed optical-fiber sensing. - Appl. Opt., V.37, pp.5600-5604, 1998.

35. Choi K.N., Juarez J.C. and Taylor H.F. Distributed fiber-optic preasure seismic sensor for low-cost monitoring of long perimeters. - Proc. SPIE 5090, pp. 134-141,2003.

36. Juarez J.C. and Taylor H.F. Distributed fiber-optic intrusion sensor system. - Proc. OFS-2005, p.OthX5.

37. R. Posey Jr., G.A. Johnson and S.T. Vohra. Strain sensing based on coherent Rayleigh scattering in an optical fiber. - Electeron. Lett., vol.36, no.20, pp.1688-1689, 2000.

38. Горшков Б.Г., Парамонов B.M., Курков A.C., Кулаков А.Т. -Фазочувствительный волоконный рефлектометр для распределенных датчиков внешнего воздействия. Lighwave Russian Editor, №4, стр. 4749,2005

39. B.G. Gorshkov, V.M. Paramonov, A.S. Kurkov, A.T. Kulakov, M.V. Zazirnyi. Distributed extrenal-action sensor based on phase-sensitive fiber reflectometer, Quantum Electronics. - v. 36(10), pp. 963-965, 2006.

40. M.A. Слепцов, Трещиков B.H., Шаталин C.A. Системы обнаружения воздействия на основе когерентной рефлектометрии. - Спец. выпуск «Фотон-Экспресс», №6, стр. 58-59, 2007, Труды Всероссийской конференции по волоконной оптике, Пермь 10-12окт. 2007г.

41. Dainty J.C.(ed.), Laser Speckle and Related Phenomena (Topics in Applied Physics, Vol.9). Berlin: Springer-Verlag, 1975.

42. Гудмен Дж. У. Статистическая оптика. М: Мир, 1988

43. Sheem S.K., Giallorenzi T.G., and Коо К. Optical techniques to solve the signal fading problem in fiber interferometers. - Appl. Opt., V., pp. 689-694, 1982.

44. Kersey A.D., Jackson D.A., and Corke M. Passive compensation scheme suitable for use in the single-mode fibre interferometer.- Electron. Lett., V.18, pp.392-393, 1982.

45. Koo K.P., Tveten A.V., and Dandridge A. Passive stabilization scheme for fiber interferometers using (3x3) fiber directional couplers. — Appl. Phys. Lett., V.41,pp. 616-618.

46. Healey P., Maylon D.J. OTDR in single-mode fibre atl.5^m using heterodyne detection. - Electron. Lett., V.18, pp. 862-863, 1982.

47. Healey P. Fading in heterodyne OTDR. - Electron. Lett., V. 20, pp. 30-32, 1984.

48. J.E. Bowers, R.L. Jungerman, B.T., B.T. Khuri Yakub, and G.S. Kino. -An All Fiber - Optic Sensor for Surfase Acoustic Wave Measurements. J. Lightwave Technol., V.l, №2, pp. 429-435, 1983.

49. Tselikov A., Blake J. Sagnac-Interferometer-Based Fresnel Flow Probe -Appl. Opt, V.37, pp.6690-6694, 1998.

50. Carolan T.A, Reuben R.L, et al. Fiber-optic Sagnac interferometer for noncontact structural monitoring in power plant applications - Appl. Opt, V.36, pp3 80-385, 1997.

51. Потапов В.Т., Трешиков В.Н, Шаталин С.В. Система волоконно-оптических интерферометрических датчиков на основе временного рефлектометра. - Труды РНТОРЭС им. А. С. Попова, 53-я научная сессия, посвященная дню радио, Москва, стр. 140-141, 1998.

52. Giles I.D. et. all. — Coherent optical fibre sensors with modulated laser sources. Electron. Lett., V. 19, pp.14-15, 1983.

53. Sakai I., Youngquist R.C., and Parry G. Multiplexing fiber — optic sensors by frequency modulation: cross - term considerations. — Optics Lett., V.l 1, 183-185, 1986.

54. Sakai I. Frequency — division multiplexing of optical fibre sensors using a frequency — modulated source. — J. Opt. and Quantum Electronics, V. 18, pp.279-289, 1986.

55. Everard, J.K.A. Novel signal processing techniques for enhanced optical time domain reflectometer sensors. - Proc. SPIE, v. 798, pp. 42-46, 1987.

56. Lee C. A., Taylor H.F. Interferometric sensors using internal fiber mirrors.- OFS-88, V. 1, pp. 48-51, 1988.

57. Берштейн И.Л. Воздействие отраженного излучения на работу лазера.- Изв. Вузов. Радиофизика, 1973, т. 16, № 4, стр. 526-530.

58. Берштейн И.Л. Обнаружение и измерение малых обратных отражений лазерного излучения. - Изв. Вузов - Радиофизика, 1973, т. 16, стр.531535.

59. Козел Ф.М., Листвин В.Н., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Автодинный волоконный рефлектометр «Письма в ЖТФ», №2, стр.413-421, 1987.

60. R. Passy, N. Gisin, J. P. von der Veid„ and H.H. Gilgen. Experimental and theoretical investigations of coherent OFDR with semiconductor laser sources. — J. Lightwave Technol., V. 12, pp.l622-1630

61. G. Mussi. 152,5 dB Sensitivy high dinamic-range OFDR. - Electron. Lett., V.32, pp:926-927, 1996.

62. M. Wegmuller, J.P. von der Weid, P. Oberson, N. Gisin. Hugh resolution fiber distributed measurement with coherent OFDR. - IEEE Photon. Technology Lett., V.13, №2, 2007.

63. J.P. von der Weid, R. Passy, G. Mussi, and N Gisin. On thecharacterisatiom of optical fibre network components with optical frequency domain reflectometry. J. Lightwave Technol. v.15, pp.l 131-1141, 1997.

64. P. Oberson, B. Huttner, and N. Gisin. Frequency modulation* via the Doppler effect in optical fibers. - Opt. Lett., V.24, pp. 451-453, 1999.

65. Uttam D., and Culshaw B. Precision time domain reflectometry in optical fiber systems using a frequency modulated continuous wave ranging technique. - J. Lightwave Technol., V. 3, pp. 971-977, 1985.

66. Sorin W.V., Donald D.K., Newton S.A., and Natharathy M. Coherent FMCW reflectometry using a temperature tuned Nd:YAG ring laser. - IEEE Photon. Technol. Lett., V.2, pp.902-904, 1990.

67. Tsuji K., Shimizu K., Horiguchi Т., and Koyamada Y. Spatial-resolution improvement in long-range coherent optical frequency domain reflectometry by frequency-sweep linearization. - Electron. Lett., V.33, pp.408-410, 1997.

68. Geng J., Spiegelberg C., and Jiang S. Frequency-modulated continuous wave reflectometry for 100-km fiber span backscatter measurement without using optical amplifier.- Proc. of SPIE, V.5855, pp.80-83, 2005.

69. Passy R., Gisin N., and von der Weid J.P. -Mode hopping noise in coherent FMCW reflectometry. Electron. Lett., V.28, pp.2186-2188, 1992.

70. Рытов C.M. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. -М.: Наука, 1976

71. Vencatesh S. and Sorin W.V. Phase noise considerations in coherent optical FMCW Reflectometry. - J. Lightwave Technol., V.ll, pp. 16941700, 1993.

72. R. Rathod, R.D. Pechstedt, D.A. Jackson and D. J. Webb. Distributed temperature - change sensor based on Rayleigh backscattering in an optical fiber. - Opt. Lett., v. 19, pp. 593-595, 1994.

73. Lafferiere J., Wolszczak S. Guide to Fiber Optic Measurements, Wavetek, 1998

74. Rudd M.J. A laser Doppler velocimetr employing laser as a mixer-oscillator. -Journal of Physics, ser. E, 1968, v.l, pp723-726.

75. Siegman A.E. Lasers Mill Valley, California, 1986

76. Lenstra D., Van Vaalen M., Jaskorzynska B. On the theory of a single -mode laser with weak optical feedback. - Physica, 1984, V. 1255C, pp. 255264.

77. Culshaw В., Dakin. J. Optical fiber sensors: systems and application. V.2. -Boston, ArtechHause, 1989.

78. Беляев H.M. Сопротивление материалов. M.: Гостехиздат, 1962, 856 с.

79. Ж.П. Пастухова, А.Г. Рахштадт. Пружинные сплавы цветных металлов. М.: Металлургия, 1983. 364 с.