基于布里渊动态光栅的分布式温度和应变同时感知技术研究

光纤神经网络系统在国土安全防卫系统、航空航天、大型构件的健康诊断和电力工业的安全检测等领域都有着广泛的应用。本项目以我们已经开展的全光产生布里渊动态光栅的研究工作为基础，提出一种新颖的复用相干域连续波整合技术和相干脉冲技术的方案，以实现分布式温度和应变同时感知的高性能光纤神经网络系统。从受激布里渊散射理论出发，探明和解析全光产生布里渊动态光栅过程中的五波耦合理论，利用相干域连续波整合技术在保偏光纤的不同位置约数厘米范围内产生布里渊动态光栅，以实现厘米量级高空间分解率的布里渊频移及双折射分布式测量，进而同时感知温度和应变的连续变化，结合相干脉冲技术把有限的分布传感距离扩展至千米量级，从而实现高空间分解率、长传感距离、同时感知分布式温度和应变。通过项目研究，掌握具有自主知识产权的相关核心技术，研制出具有创新性和产业化前景的高性能光纤神经网络实验系统，促进我国光纤传感技术的发展。

本项目按照既定目标和研究计划开展各项工作，完成了所有研究内容和技术指标, 相关研究成果在SCI收录源的国际期刊发表20篇论文,在OFS和CLEO PR国际会议上发表论文2篇，受邀在Photonic Sensor(EI收录源)国际期刊发表1篇综述论文，在ACP国际会议上做特邀报告，在中文核心期刊上发表论文9篇，申请国家发明专利7项。已培养3名博士研究生，7名硕士研究生（均已毕业）。本项目具体完成情况概述如下。首先，从受激布里渊散射理论出发，探明和解析全光产生布里渊动态光栅过程中的五波耦合理论，并推导出基于相干域连续波整合技术的空间分辨率，理论分析和实验结果一致。其次，以全光产生布里渊动态光栅概念为基础，提出了基于单一激光器的温度和应变同时感知的分布式传感方案，实现了高空间分辨率、高精度的温度和应变分布式同时感知。采用相干域连续波整合技术和相干脉冲技术相结合的方法，或者采用相干域连续波整合技术中的多频率调制方案，把受限的分布传感距离大幅扩展。已掌握具有多项自主知识产权的核心技术，研制出具有高空间分解率、长传感距离、同时感知分布式温度和应变的高性能光纤神经网络实验系统。在本项目支持下，还拓展了光子信息获取与处理领域的多个研究方向。提出了基于布里渊增益和损耗级联的分布式优化传感方案，研制了一套原理样机，并在钢架桥梁上验证了有效性和可行性。研究了特种光纤中的布里渊散射特性和布里渊动态光栅特性，为新型分布式光纤传感技术提供支撑。研究了石英拉锥光纤和DNA微纳光纤中的结构特性、光学特性和非线性特性，为微位移、化学和生物传感提供了新技术途径。综合利用光子学宽带、低功耗、低抖动等优点，在面向宽带雷达技术的信号产生、延时控制和信号处理等方面也做出多项原创工作。