П.В. Волков, Д.А. Семиков, О.С. Вязанкин, И.В. Денисов, Я.А. Ларин

Постановка проблемы. Распределенные волоконно-оптические сенсоры (РВОС) дают наилучшие результаты при интерференционных схемах регистрации, когда контролируемое физическое поле должно приводить к изменению длины волоконных световодов (ВС), связанному с изменением соответствующей разности фаз. В отличие от других схем, РВОС на основе волоконно-оптических фазово-амплитудных фильтров (ВОФАФ) обладают достаточно простой и надежной конструкцией линейной части, состоящей из набора распределенных чувствительных элементов (РЧЭ), сконфигурированных под контролируемую поверхность. При этом актуальной становится стабилизация передаточных характеристик в разных областях РЧЭ. Возможность низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией света обуславливает перспективы стабилизации рабочих точек, но в тандемной схеме волоконно-оптического интерферометра Майкельсона (ВОИМ).

Цель. Обосновать вариант стабилизации работы РЧЭ на основе ВОФАФ с применением низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией при мониторинге пространственно-распределенных физических полей.

Результаты. Проанализированы методы построения РВОС на базе низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией. Выполнен анализ составляющих экспериментальной установки по низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией света в интерферометрической тандемной схеме ВОИМ в сопоставлении с РЧЭ, построенными на основе ВОФАФ маломодовых ВС. Показаны возможности предлагаемого решения. Представлена перспективная схема экспериментальной установки и приведены ее особенности. Обоснованы требования, предъявляемые к компонентам схемы детектирования. Показаны перспективы применения низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией для РВОС на основе РЧЭ с ВОФАФ. Установлено, что существенное значение имеет выбор излучателя и модуляторов ВОИМ, а для конфигурации РЧЭ – типы свариваемых ВС в ВОФАФ. Рассмотрена наиболее целесообразная комбинация РЧЭ и ВОИМ.

Практическая значимость. Представленная перспективная схема низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией для РВОС на РЧЭ с ВОФАФ обладает высокой чувствительностью, построена на доступном оборудовании и, соответственно, имеет низкую удельную стоимость последующей разработки системы мониторинга распределенных физических полей. Апробация перспективной схемы низкокогерентной интерферометрии с гомодинной демодуляцией для РВОС и адаптация ее под РЧЭ и требования мониторинга контролируемых полей является предметом дальнейших исследований.

1. Денисов И.В., Крюков И.Н., Кипер А.В. Применение волоконно-оптических измерительных сетей мониторинга протяженных деформационных полей при построении территориально распределенных систем охраны // Радиотехника. 2017. № 1. С. 5-11.
2. Zhang S., Mei Y., et al. Simultaneous Measurement of Temperature and Pressure Based on Fabry-Perot 273 Interferometry for Marine Monitoring // Sensors. 2022. № 22.
3. Denisov I.V., Rybalchenko N.A., Sedov V.A. Fiber-optical phase sensitive surface // Laser Sensing, Imaging, and Information Technologies. Proc. SPIE. 2006. V. 6162. P. 127-136.
4. Денисов И.В., Ларин Я.А. Конфигурирование чувствительного элемента на основе волоконно-оптического многомодового интерферометра // Фотон-экспресс. 2023. № 6(190). С. 316-317.
5. Yang Y., Wang Y., Chen K. Wideband fiber-optic Fabry-Perot acoustic sensing scheme using high-speed absolute cavity length demodulation // Opt. Express. 2021. V. 29, № 5. Р. 6768.
6. Digonnet M.J.F., Akkaya O.C., Kino G.S. Imaging and Applied Optics Technical Digest. (STu3F.1).
7. Kilic O., Digonnet M., Kino G., Solgaard O. External fibre Fabry–Perot acoustic sensor based on a photonic-crystal mirror // Meas. Sci. Technol. 2007. V. 18. № 10. Р. 3049.
8. Tong Y., Zeng H., Li L., Zhou Y. Improved phase generated carrier demodulation algorithm for eliminating light intensity disturbance and phase modulation amplitude variation // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 29. Р. 6962.
9. Dandridge A., Tveten A., Giallorenzi T. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier // IEEE J. Quantum Electron. 1982. V. 18. № 10. Р. 1647.
10. Chen K., Yu Z., Gong Z., Yu Q. Lock-in white interferometry-based all-optical PA spectrometer // Opt. Lett. 2018. V. 43. № 20. Р. 5038.
11. Volkov P., Semikov D., et al. Miniature fiber-optic sensor based on Si microresonator for absolute temperature measurements // Sensors Actuators A: Phys. 2020. V. 316. Р. 112385.
12. Volkov P., Goryunov A., et al. FO temperature sensor based on low-coherence interferometry // Optik. 2013. V. 124. № 15. Р. 1982.
13. Yu B., Wang A., Pickrell G.R. Analysis of Fiber Fabry-Pérot Interferometric Sensors Using Low-Coherence Light Sources // J. Lightwave Technol. 2006. V. 24. № 4. Р. 1758.
14. Volkov P., Lukyanov A., et al. Fiber Optic Impact Location System Based on a Tracking Tandem Low-Coherence Interferometer // Sensors. 2023. V. 23. № 2. Р. 772.
15. Волков П.В., Семиков Д.А., Вязанкин О.С. и др. Метод детектирования малых колебаний на основе гомодинной демодуляции с тандемным низкокогерентным интерферометром // ЖТФ. 2023. Вып. 7. С. 959.
16. Dandridge A., Tveten A.B., Gialloronzi T.G. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. V. 18. Iss.10. P. 1647-1653.