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Sensores distribuidos asistidos por amplificación Raman de primer orden modulada  
Sensores distribuidos asistidos por amplificación Raman de primer orden modulada
Los sensores de fibra óptica distribuidos (DOFS) están recibiendo un interés cada vez mayor durante los últimos años, ya que brindan capacidades únicas para monitorizar diferentes parámetros físicos como desplazamiento, temperatura, presión, etc, a los largo de grandes infraestructuras con alta resolución.

Entre los diferentes tipos de DOFS, los sensores en el dominio del tiempo son uno de los más utilizados. Se lanza una señal pulsada en un extremo de la fibra sensora y, en el mismo extremo, se lee y analiza la señal que llega de vuelta por retrodispersión en función del tiempo de vuelo del pulso a lo largo de la fibra. Aquí, la atenuación de la fibra es la limitación más importante para aumentar el rango de medición. A medida que la potencia del pulso disminuye con la distancia, el contraste de la señal disminuye y, en consecuencia, aumenta la incertidumbre de la medida. En los sensores de fibra óptica distribuida, el rango de medición se limita típicamente a unas pocas decenas de kilómetros.
Para mejorar este aspecto, la energía de los pulsos de la señal de sondeo se puede aumentar ampliando la duración del pulso o aumentando su potencia máxima. Sin embargo, la primera opción se traduce en una reducción de la resolución espacial y la segunda produce la aparición de degradaciones no lineales, como la inestabilidad de modulación (MI).

En el artículo se propone una implementación simplificada de transparencia virtual en DOFS basada en la modulación de la ganancia Raman en el tiempo.
Aquí, presentamos un nuevo enfoque para generar una fibra virtualmente transparente basada en el uso de solo un bombeo Raman variable en el tiempo que se propaga conjuntamente con el pulso del sondeo. La potencia del bombeo Raman se modula mediante una señal optimizada para compensar la atenuación experimentada, y por lo tanto la traza leída por el fotodetector se ecualiza (aplana) casi por completo. Los resultados preliminares indican una mejora con respecto a un sistema sin modulación en el bombeo.

Hemos analizado, tanto teórica como numéricamente, el perfil de bombeo óptimo necesario para lograr este objetivo. Idealmente, el bombeo Raman está compuesto por un pulso estrecho que acompaña a la señal de sondeo y un perfil de potencia que aumenta linealmente para compensar la atenuación del rastro. El aumento de la potencia del pulso estrecho resulta en una mayor eficiencia energética, pero también puede conducir a deficiencias no lineales si se eleva más allá de un cierto nivel. La porción de variación lineal del bombeo Raman conduce a una compensación casi perfecta de las pérdidas de fibra, pero también a un aumento del ruido ASE hacia el final de la traza. La demostración experimental presentada en este trabajo se ha desarrollado en una fibra de 50 km, demostrando una compensación de pérdidas casi perfecta hasta 40 km. La limitación en los resultados obtenidos se debió a la limitación de la potencia del bombeo a 420 mW en nuestro esquema experimental.
La configuración lograda no solo proporciona una traza más plana a lo largo del tiempo, sino que también mejora el rendimiento en términos de sensibilidad con respecto al esquema clásico de bombeo de onda continua. Para la potencia promedio equivalente, nuestros resultados experimentales han demostrado que las mejores características de ruido de fondo se obtienen con el perfil de bombeo modulado, reduciendo el ruido de fondo promedio en más del 50% hacia el extremo de la fibra en comparación con el esquema de bombeo de onda continua.
Ampliar el trabajo a bombeos Raman de nivel de vatios podría conducir a la obtención de rastros prácticamente sin pérdidas en DOFS de dominio de tiempo.

El trabajo es una colaboración entre el Instituto de Óptica y el Departamento de Electronica de la Universidad de Alcala de Madrid (España)

Acceso al artículo
 
Investigación financiada por el Ministerio de Ciencia e Innovación y la Agencia Estatal de Investigación
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