【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院唐明、趙志勇團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際研究人員，近日在分布式光纖傳感領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。他們提出的基于數(shù)字光頻梳的頻梳相關(guān)光譜反射儀技術(shù)，成功解決了該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的技術(shù)瓶頸，相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《Light: Science & Applications》。
傳統(tǒng)技術(shù)的局限
分布式光纖傳感技術(shù)如同給大型基礎(chǔ)設(shè)施安裝“神經(jīng)系統(tǒng)”，能持續(xù)感知溫度、應(yīng)變、振動(dòng)等物理量的變化，廣泛應(yīng)用于地震監(jiān)測(cè)、橋梁健康診斷、油氣管道安全預(yù)警等領(lǐng)域。其中，通過(guò)分析瑞利散射光譜頻移來(lái)感知外界擾動(dòng)的技術(shù)，因其高精度而備受關(guān)注。
然而，現(xiàn)有技術(shù)面臨兩難困境：依賴頻率掃描的方案測(cè)量速度慢，難以捕捉高頻振動(dòng)；而基于相位解調(diào)的方案雖響應(yīng)快，卻易受信號(hào)失真干擾，在強(qiáng)擾動(dòng)下可靠性不足。這限制了技術(shù)在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中的深入應(yīng)用。
創(chuàng)新方案的核心突破
研究團(tuán)隊(duì)的核心創(chuàng)新在于引入了數(shù)字光頻梳作為并行探測(cè)載體。光頻梳擁有多個(gè)等間隔的相干頻率線，就像一個(gè)“頻率尺子”。團(tuán)隊(duì)利用其多頻并行、穩(wěn)定相干的特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)散射光譜的并行采樣。
這一原理性革新帶來(lái)了多重優(yōu)勢(shì)：
速度飛躍：徹底摒棄耗時(shí)的逐點(diǎn)頻率掃描，使系統(tǒng)有效采樣率不再受探測(cè)頻率數(shù)量限制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度比傳統(tǒng)掃描方案提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
強(qiáng)健可靠：信號(hào)解調(diào)不依賴相鄰采樣點(diǎn)間的連續(xù)性，避免了相位解調(diào)中常見(jiàn)的信號(hào)纏繞與衰落問(wèn)題，系統(tǒng)魯棒性顯著增強(qiáng)。
靈活兼容：光頻梳信號(hào)由數(shù)字生成，具備高度可編輯性，可通過(guò)調(diào)整參數(shù)適應(yīng)不同場(chǎng)景需求，與現(xiàn)有傳感系統(tǒng)有良好的兼容性。
廣闊的應(yīng)用前景
該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高頻率響應(yīng)、強(qiáng)魯棒性、高精度和大動(dòng)態(tài)范圍的協(xié)同優(yōu)化，為高性能分布式光纖傳感提供了一種全新的范式。
未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)有望在地震預(yù)警、大型建筑與橋梁的結(jié)構(gòu)健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)和油氣管道等能源基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)控等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，為復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期、可靠監(jiān)測(cè)提供強(qiáng)有力的工具。
團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介
唐明、趙志勇團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于“傳輸與感知一體化”智能光網(wǎng)絡(luò)、多維復(fù)用光纖傳感等前沿方向研究，近年在《Science Advances》、《Light: Science & Applications》等頂級(jí)期刊及國(guó)際會(huì)議上發(fā)表了多項(xiàng)重要成果，并在超高速光傳輸領(lǐng)域多次刷新世界紀(jì)錄。
這項(xiàng)研究由博士生林忠鴻作為第一作者完成，趙志勇教授和唐明教授為共同通訊作者，標(biāo)志著我國(guó)在高端光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力持續(xù)提升。
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