研究人员开发出跨度更大分辨率更高的光纤传感

为了修复老化的基础设施，监测现有的桥梁、大坝及其他大型建筑，分布式光纤传感器需要一种新型光源以监测建筑承受的应力和温度变化。然而，这种常见的光纤传感器——基于受激布里渊散射（SBS）的非线性光学现象——受到难以克服的空间范围和分辨率的限制。

目前，西班牙和瑞士的研究人员已经解决了这些困难，他们研究出了一种在较短的时间内能够在10公里的范围内，厘米级的空间分辨率下检测出百万分之一的温度或应力变化的方法。该团队认为，该方案的分辨率之高使其能够在长距离的基础设施监控和更精密的生物医学环境中找到用武之地。

信号失真

SBS光纤传感器通过发送脉冲激光信号，即抽运脉冲，通过一定长度的光纤传播后与反向传播的连续波（CW）探针激光束相遇。（实际上，为了防止某些系统误差，这些系统通常使用两个CW探针波，并用与光纤材料特性相关的调制频率将两列波区分开，即所谓的双边带方法。）抽运脉冲与光纤的非线性相互作用产生受激布里渊散射（SBS），非弹性斯托克斯和反斯托克斯散射，这种散射将会改变脉冲光信号的频率分布。这种所谓的布里渊频移取决于随应力和温度变化的光纤的材料性质；因此，可以通过对布里渊频移的分析来检测沿着光纤长度的那些参数的变化。

一支西班牙与瑞士联合研究团队设想将其改良光纤传感方法应用于大规模的基础设施项目和生物医学监测中。(图片来源：美国光学学会)

虽然基于SBS的光纤传感已经在各种基础设施的建设中找到了用武之地，但它仍然存在一些问题。其中一个问题就是监测范围有限。最近的分析表明，跨度达数公里的探头所需要的功率（以及光纤所受应力和温度变化）可能会使抽运脉冲信号失真，严重影响对布里渊频移的精确探测。

另一个问题是有限的空间分辨率。因为SBS依赖于非线性的光与物质相互作用以产生声波，因此在时域技术中存在空间分辨率上微小但十分明显的时滞。在频率和相关域中的其他技术能够弥补SBS的缺点，但需要的时间更久——测量沿光纤分布的一百万个点大约需要一个小时或更长的时间。