精细丈量--混沌拉曼散布式光纤传感

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  该文章剖析了拉曼散布式光纤传感体系空间分辩率受限的物理瓶颈，总结了近十几年来国内外研讨人员相应的处理方案，并提出了一种根据混沌拉曼散布式光纤传感的新方法，打破了传统方案传感空间分辩率受限于光源脉宽的瓶颈，该方案的传感空间分辩率比较传统方案进步了约50倍，为高空间分辩率精细物理场丈量供给了新的研讨思路。

  没有丈量就没有科学。物理和丈量密不可分。精细丈量以更高的精度查验现有物理学的规模，并企图找出现有物理理论结构的极限，然后发现新的物理规则。众所周知，将丈量精度进步一个数量级往往会导致新的物理现象发现。

  拉曼散布式光纤传感技能主要是根据光纤中的拉曼散射效应以及光时域反射技能，来完成光纤沿线的的全散布式传感。空间分辩率作为体系完成精细丈量的一个及其重要目标，反映了传感体系在丈量温度场时可以分辩的最小光纤长度。现有千米级拉曼散布式光纤传感方案的空间分辩率被约束在米量级，而一些特别使用范畴要求传感器完成分米级乃至厘米级的高空间分辩率。因而，为处理以上问题，太原理工大学的李健博士和张明江教授团队提出了混沌拉曼散布式光纤传感技能，完成了拉曼散布式光纤传感范畴的精细丈量。

  该团队提出了一种根据混沌差分重构结合混沌二阶微分偏导相关的混沌拉曼散布式光纤传感新方案。该方案以混沌激光信号作为传感信号替代了传统脉冲激光信号，提出了混沌激光相关法拉曼散布式光纤传感新方法。该方案使用混沌激光的自相关特性和宽带特性有用处理了传统拉曼散布式光纤传感技能中光源脉宽约束所带来的长传感间隔与高空间分辩率无法统筹的瓶颈问题，消除了传统方案光源脉宽对体系传感空间分辩率的物理约束。此外，经过混沌二阶微分偏导相关方案，对拉曼弱传感信号进行了强度增强，处理了传统方案中传感信号信噪比与体系空间分辩率无法统筹的技能瓶颈。

  论文从理论和试验视点别离探求了混沌脉冲宽度、频谱形状、混沌带宽，混沌脉冲子脉冲数、幅值概率散布、入纤功率及混沌时延特征对混沌拉曼散布式光纤传感体系传感间隔及空间分辩率的影响。试验在千米级传感间隔下，将传统米量级的传感空间分辩率提升至10 厘米。本文提出的混沌拉曼散布式光纤传感技能优化了传统拉曼散布式光纤传感器的空间分辩率功能，扩展了拉曼散布式光纤传感器的使用场景，在一些需求高空间分辩率的精细丈量范畴具有极大的使用潜力，为光混沌和光纤传感供给了新的研讨方向。

  李健，博士结业于太原理工大学光学工程专业，英国诺森比亚大学访问学者，主要是做新式散布式光纤传感技能与使用。将拉曼散布式光纤传感体系的空间分辩率提升至厘米量级，处理了拉曼光纤传感范畴关键技能难题，研讨效果被全球工程范畴世界闻名科技组织Advances in Engineering认定为全球最新突破性科技发展。获我国仪器仪表学会金国藩青年学子奖、我国光学工程学会技能创造二等奖、我国光学学会郭光灿光学优异博士学位论文提名奖、全国高校“百名研讨生”党员标兵、我国光学工程学会首届“金燧奖”我国光电仪器品牌榜铜奖、全国光学与光学工程博士生学术联赛优异奖等奖赏。掌管国家自然科学基金青年基金、山西省效果转化引导专项、华为公司横向课题等项目6项，以榜首作者和通讯作者在Light: Science & Applications、Photonics Research、APL Photonics等期刊宣布SCI论文13篇，包含TOP论文6篇，榜首创造人授权国家创造专利10项，揭露2项美国专利。《我国研讨生》期刊点评为“为国筑器的科研追光者”。

  张明江，太原理工大学“务实学者”、教授，博导。博士结业于天津大学光学工程专业，加拿大渥太华大学访问学者，主要是做光子集成混沌激光器及散布式光纤传感研讨。获全国百篇优博论文提名奖，当选“三晋学者”特聘教授支撑方案、山西省学术技能带头人等人才方案。兼任我国光学学会光学教育专业委员会常务委员、山西省光学学会副理事长、《激光与光电子学发展》期刊编委等职。先后掌管国家严重科研仪器研发项目、国家自然科学基金面上项目、国防科学技能立异特区项目等国家、省部级项目和企业托付项目20多项。宣布学术论文120多篇，以榜首创造人授权我国创造专利42项、美国专利2项，软件著作权12项。榜首完成人获山西省技能创造一等奖、山西省自然科学二等奖、我国专利优异奖、我国光学工程学会“金燧奖”我国光电仪器品牌榜铜奖。（来历：LightScienceApplications微信大众号）