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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2437| Sensores distribuidos de fibra óptica basados en reflectometría decorrelación de dos canales Distributed fiber optic sensors based on two-channel correlation reflectometry | |
| JORGE HUMBERTO LOPEZ RIVERA | |
| MIKHAIL SHLYAGIN | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Reflectometría de correlación, ruido de fase, dos canales en cuadratura, rejillas de Bragg, interferómetros Correlation reflectometry, phase noise, two-cuadrature channels, fiber Bragg gratings, interferometers | |
| Se presenta el estudio y desarrollo de una técnica novedosa para sensores de fibra óptica distribuidos y multiplexados utilizando un método de reflectometría óptica de correlación. El método común de reflectometría de correlación se basa en utilizar luz de prueba con modulación aleatoria de intensidad. La detección de reflectores a lo largo de la fibra se realiza calculando la correlación entre la señal de referencia y la señal de prueba que regresa de la fibra óptica. En nuestro trabajo, en lugar de modular directamente la luz láser, utilizamos el ruido de fase de un láser DFB de semiconductor. El ruido de fase tiene su origen en procesos cuánticos de la emisión de fotones estimulados y espontáneos, lo que resulta en una fase verdaderamente aleatoria de la luz, sin aplicar ninguna modulación externa. La interferencia de dos ondas del mismo láser retrasados una respecto a otra, por un tiempo mucho mayor que el tiempo de coherencia de la luz láser, produce una señal de referencia. Estas mismas ondas, reflejadas o retroesparcidas por la fibra óptica, producen la superposición de señales retrasadas de acuerdo con la distribución de los reflectores en la fibra. En esta tesis se presenta un análisis teórico-experimental del funcionamiento del sistema propuesto para detección distribuida, cuando la luz de prueba tiene un nivel intermedio de coherencia. Se presenta un análisis de efectos de diafonía (cross-talk, en inglés) en la configuración distribuida, y se propone un método verificado experimentalmente para eliminar este efecto negativo. A través de esta configuración, demostramos por primera vez la posibilidad de utilizar reflectometría de correlación con retroesparcimiento de Rayleigh coherente en fibras ópticas estándar, para detectar y localizar perturbaciones a lo largo de la fibra. Se demuestra que el método de reflectometría de correlación propuesto, permite interrogar simultáneamente sensores (rejillas de Bragg, interferómetros, o una fibra óptica) con dos o más láseres en régimen de onda continua (CW) de longitudes de ondas tan cercanas como sea necesario, distinguiendo las señales de los diferentes láseres mediante funciones de correlación, sin utilizar filtros espectrales. Proponemos y verificamos experimentalmente el funcionamiento de un arreglo de sensores interferométricos multiplexados en una fibra óptica utilizando para su interrogación dos canales en cuadratura, lo que permite, linealizar y sobrepasar el problema de 2π de la respuesta interferométrica... The study and development of a novel technique for distributed and multiplexed fiber optic sensors using an optical correlation reflectometry is presented. The common method of correlation reflectometry is based on using probe light with random intensity modulation. The detection of the reflectors along the fiber is done by calculating the correlation between the reference signal and the returning probe signal from the optical fiber. In our work, instead of directly modulating the laser light, we use the phase noise of a DFB semiconductor laser. The phase noise has its origin in quantum processes of the emission of stimulated and spontaneous photons, which results in a truly random phase of the light, without applying any external modulation. The interference of two waves of the same laser delayed one respect to another, for a time much greater than the coherence time of the laser light, produces a reference optical signal. These same waves, reflected or backscattered by the optical fiber, produce a superposition of delayed signals according to the distribution of the reflectors into the fiber. This thesis presents a theoretical-experimental analysis of the proposed operation system for distributed detection, when the probe light has an intermediate level of coherence. An analysis of crosstalk effects is presented in the distributed configuration, and an experimentally verified method is proposed to eliminate this negative effect. Through this configuration, we demonstrate for the first time the possibility of using correlation reflectometry with coherent Rayleigh backscattering in standard optical fibers, to detect and locate external perturbations along the fiber. It is shown that the proposed correlation reflectometry method allows simultaneous interrogation of sensors (Bragg gratings, interferometers, or an optical fiber) with two or more lasers in continuous wave (CW) regime of wavelengths as close as necessary, distinguishing the signals of the different lasers by means of correlation functions, without using spectral filters. We propose and verify experimentally the operation of an array of interferometric sensors multiplexed in an optical fiber using two-quadrature detection channels for their interrogation, which allows us to linearize and surpass the 2π problem of the interferometric response, thus increasing the measurement range. We propose, and experimentally verify a new hybrid method for multiplexing interferometric sensors. The proposed method uses the OTDR... | |
| 2018 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| López Rivera, J.H. 2018. Sensores distribuidos de fibra óptica basados en reflectometría de correlación de dos canales. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 163 pp. | |
| DISPOSITIVOS LÁSER | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Tesis_Lopez_Rivera_Jorge_Humberto_24_ago-2018.pdf | Versión completa de la tesis | 17.07 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |