高精度相位混沌布里淵光相關域分析技術：太原理工大學的新突破

    在光纖傳感技術領域，太原理工大學張明江教授團隊的最新研究成果為長距離、高精度監測提供了新的解決方案。該團隊提出了一種基于相位混沌激光（PCL）的布里淵光相關域分析（BOCDA）技術，這一技術在提高分布式光纖傳感的性能方面取得了顯著進展。

    技術背景

    受激布里淵散射傳感技術因其在測量距離和精度上的優勢，已成為隧道橋梁、油氣管道等大型結構安全監測的首選技術。然而，傳統的BOCDA技術在短尺度微弱增益、長距離光纖沿線噪聲累積、增益信號非局域響應等方面存在信噪比（SNR）限制，這限制了其最佳性能的同步實現。

    創新方案

    張明江教授團隊提出的基于PCL的BOCDA方案，從原理上實現了長傳感距離、高空間分辨率、高測量精度的兼顧。該方案通過完善BOCDA增益積累和提取的理論模型，仿真結果表明，在100公里的傳感距離下，布里淵增益譜（BGS）的信號背景噪聲比（SBR）提高了8.28分貝。實驗中，布里淵頻移的精度提高到了0.64兆赫，布里淵增益譜的信號背景噪聲提高了10.77分貝。

    工作原理

    在泵浦光和探測光僅相位相關的情況下，光纖中心位置處能激發出強烈穩定的聲場。而當僅振幅相關時，聲波場強度分布則顯得雜亂無章。因此，混沌激光的相位相關特性在激勵受激布里淵散射聲波場時起到了主導作用。相位混沌激光與傳統混沌激光相比，在中心位置激發尖銳的聲波場，且次階噪聲場強度更低，SBR高達12.79分貝。

    實驗驗證

    實驗中，相位混沌激光的Lyapunov指數為2.1469，顯示出明顯的混沌特征。這種激光的光譜具有寬帶特性，相位隨機振蕩，能夠有效激發純凈的布里淵增益信號，并顯著抑制幅值波動、振幅相關等因素引入的噪聲基底。與傳統混沌激光相比，相位混沌激光作為傳感光源測量的BGS呈現近乎完美的洛倫茲曲線，擬合系數高達0.9951，BFS精度可提升至0.64兆赫。

    總結與展望

    這項研究不僅在理論上提高了BOCDA的信噪比，而且在實驗上也驗證了其性能的提升。相位混沌的產生與利用為混沌光提供了新的研究方向，為高信噪比BOCDA光纖傳感提供了一種新穎的解決方案。未來，通過結合寬帶增強、差分測量和時域門控等方案，有望進一步提高系統信噪比，并與自適應或深度學習算法等技術相結合，實現多優點耦合傳感，使系統更加智能，在下一代信息傳感技術中發揮更重要的作用。