Рассеяние Бриллюэна — это явление неупругого рассеяния света термически генерируемыми акустическими колебаниями. Датчики оптического волокна на основе Бриллюэна можно использовать для измерения распределения температуры и деформации путем определения того, как рассеивается свет в присутствии различных стимулов.

Этот метод особенно эффективен при применении к методам корреляционной области, таким как анализ оптической корреляционной области Бриллюэна и рефлектометрия оптической корреляционной области Бриллюэна (BOCDR), которые обеспечивают высокое пространственное разрешение и произвольную доступность к различным точкам измерения. BOCDR, использующий спонтанное рассеяние Бриллюэна, обеспечивает односторонний доступ, что делает его универсальным инструментом для сенсорных приложений.

В BOCDR пространственное разрешение определяется амплитудой модуляции и частотой света. Точное измерение амплитуды модуляции, которая коррелирует с пиковой интенсивностью света, обычно требует дорогостоящего и громоздкого оборудования, такого как оптические спектральные анализаторы или системы гетеродинного обнаружения. Эти требования усложняют экспериментальную установку и увеличивают затраты.

Группа исследователей из Японии во главе с доцентом Хиён Ли из Технологического института Сибауры (SIT), в которую входят Кейта Кикучи, также из SIT, и Ёсуке Мизуно из Национального университета Иокогамы, недавно разработали новый метод решения этой проблемы. Их статья была опубликована в журнале Scientific Reports и стала доступна в Интернете 6 апреля 2024 года.

Доктор Ли говорит: «Мы разработали новый метод точной оценки амплитуды модуляции, которая определяет пространственное разрешение в BOCDR, не требуя дополнительного оборудования или модификаций экспериментальной установки».

Исследователи использовали рассеяние Рэлея для оценки амплитуды модуляции. Рэлеевское рассеяние — это явление, при котором свет рассеивается при взаимодействии с частицами, размер которых меньше его длины волны.

Анализируя ширину спектра шума, вызванного рэлеевским рассеянием, они смогли измерить амплитуду модуляции света независимо от длины оптического волокна , а также достичь высокочастотного разрешения. Этот инновационный метод, в котором для измерения компонентов шума Рэлея используется только установка BOCDR с анализатором электрического спектра, прост в реализации, что повышает общее удобство процесса.

Доктор Ли отмечает долгосрочное влияние их работы: «Старение и сейсмический ущерб гражданской инфраструктуре представляют собой серьезные социальные проблемы. Технология оптического волокна предлагает многообещающее решение для мониторинга структурной целостности этой инфраструктуры.

«Встраивая длинные оптические волокна в структуру, можно обнаруживать распределение деформации и температуры вдоль волокон. Использование рассеяния Бриллюэна для определения распределенной деформации и температуры обеспечивает высокочувствительные и стабильные данные. Наш новый метод устраняет необходимость в дополнительных устройствах, упрощая процесса и снижения затрат».

Подход исследовательской группы обещает продвинуть применение BOCDR для мониторинга и обеспечения безопасности и надежности критически важной инфраструктуры.