基于傅立叶域锁模激光的宽频带分布式微结构光纤声波传感机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61775072
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0503.传输与交换光子器件
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Oriented to the vast sea area, long-haul distributed acoustic-wave sensing is characterized by great significance of scientific research and practical applications for both exploring the marine science and monitoring the marine safety. Conventional distributed sensing technologies are principally based on the serial processing approach of the backscattering light in standard single-mode fibers (SMF). And the low signal to noise ratio (SNR) of the probe signal leads to a degraded measurement precision and limits the response speed, which seriously hinders the broadband acoustic-wave detection under a long sensing distance. To solve the aforementioned technical problems, the project creatively proposes the research on broadband and distributed microstructure-fiber acoustic-wave sensing assisted with spectrum-limited Fourier domain mode-locked (FDML) laser. Aiming at the systematic study from mechanism, technologies, devices, methods to platforms, the research mainly develops the following five contents: scattering-enhancement mechanism of the local micro-structured spots in sensing fiber, design and fabrication of the continuous-distributed multi-band micro-structured fiber, generation mechanism of the spectrum-limited FDML laser, self-reference phase-extraction method of the coherent detection, and construction of the broadband distributed fiber acoustic-wave sensing system. Significantly, by clarifying these three scientific issues, including scattering enhancement of the distributed sensing fiber, generation of the chirp-controlled and high-coherent lasing signal, and denoising effect for the ultra-low-frequency acoustic-wave detection, this project would break through the responsive bandwidth limitation induced by the low-frequency noise and long-haul sensing, which could further facilitate the establishment of the theory framework and experimental platform of the long-haul, broadband and high-precision distributed acoustic-wave sensing system.
我国海域面积辽阔,长距离分布式声波探测在海洋科学探索及海洋安全监测中具有重要的科学意义和应用价值。传统的分布式传感技术主要基于普通光纤中低信噪比后向散射光的串行处理机制,因此测量精度低、响应速度慢,无法满足长距离情况下的宽频带声波探测需求。针对这一技术难题,本项目创新性地提出基于谱受限傅立叶域锁模激光的宽频带分布式微结构光纤声波传感机理。从机理、工艺、器件、方法和平台等方面展开系统研究,主要包括传感光纤局域微结构点散射增效机理、多波段连续分布式微结构光纤设计与制备、谱受限傅立叶域锁模激光产生机制、相干探测自参考相位提取方法及宽频带分布式光纤声波探测系统等研究内容,重点解决分布式传感光纤散射增效,啁啾可控高相干激光信号产生及超低频声波探测消噪等关键科学问题,突破低频噪声和高频频带的限制,最终实现长距离、宽频带、高精度分布式声波探测技术的理论体系和实验平台。

结项摘要

深海战略是国家重大战略需求,实现“透明海洋”是海洋资源开发利用、监控海洋安全的重要技术前提,光纤分布式水听技术是近年来水下声场探测的研究热点。本项目针对长距离分布式声波传感(DAS)中存在的水声探测灵敏度低、次声频段探测噪声大、高频探测频带受限的瓶颈问题,提出新型的离散散射增强微结构光纤(DSE-MOF)作为传感载体,基于此开展微结构光纤DAS机理及试验研究,经过四年技术攻关,形成了从“光纤—算法—系统—应用”的系统性工作。研究突破 主要包括:从材料、工艺等方面攻克了紫外透明涂层光纤及DSE-MOF的工业化在线制备难题,打破国外技术垄断;建立了完善的DSE-MOF DAS传感理论,创新性地提出基于参考链路和LS-SVM机器学习辅助的低频探测噪声抑制技术,以及基于微结构光纤时隙分插复用的响应扩频技术,刷新了光纤DAS技术的探测性能极限;研制了高灵敏、宽频带、长距离光纤DAS设备样机,以及基于双重增敏机制的轻量化、超细径、全分布水听拖曳光缆,支持DSE-MOF长度突破100km,声波响应频带覆盖0.001Hz~300kHz,最小可测应变小于5pε/√Hz,水听拖曳光缆直径20mm,水声灵敏度优于-137dB re rad/μPa;已在千岛湖、木兰湖等地进行了现场测试,成功探测到水下主被动目标,展现出极具竞争力的应用性能。该项目成果实现了一种全新的水下探测手段,具有大范围、高灵敏、宽频带、无盲区、易布放等显著优势,能够为海洋科学探索及海洋安全监测提供创新的科学研究手段。. 项目研究成果在OEA、JLT等国内外高水平期刊和OFC、CLEO等高水平国际会议上发表学术论文22篇,其中SCI收录论文11篇;受邀在国内外学术会议做大会和特邀报告12次,撰写特邀论文1篇,出版2本英文学术专著的章节;申请发明专利13项,9项已获授权,核心专利技术以许可使用方式获得转化收益120万元;获得中国安全生产协会安全科技进步二等奖、湖北省技术发明二等奖各1项;项目负责人先后获得国家优青、湖北省创新群体等项目支持;培养博士、硕士研究生8人。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(2)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(6)
专利数量(9)
Real-time access to the coexistence of soliton singlets and molecules in an all-fiber laser
实时访问全光纤激光器中孤子单线态和分子的共存
  • DOI:
    10.1364/ol.44.004263
  • 发表时间:
    2019-09-01
  • 期刊:
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Luo, Yiyang;Xiang, Yang;Shum, Perry Ping
  • 通讯作者:
    Shum, Perry Ping
基于时/频域综合特征提取的分布式光纤入侵监测系统事件识别方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭宽;冯诚;王森懋;艾凡;李豪;刘德明;孙琪真
  • 通讯作者:
    孙琪真
High-Speed and High-Resolution Demodulation System for the Hybrid WDM/FDM Based Fiber Microstructure Sensing Network
基于混合WDM/FDM的光纤微结构传感网络的高速高分辨率解调系统
  • DOI:
    10.1109/jphot.2018.2840520
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    IEEE Photonics Journal
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Jianwei Cheng;Qizhen Sun;Fan Ai;Yiyang Luo;Wei Zhang;Xiaolei Li;Deming Liu
  • 通讯作者:
    Deming Liu
Multiplexed ultrafast fiber laser emitting multi-state solitons
多路复用超快光纤激光器发射多态孤子
  • DOI:
    10.1364/oe.26.027461
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Liu Bowen;Lu Yiyang;Xiang Yang;Xiao Xiangpeng;Sun Qizhen;Liu Deming;Shum Perry Ping
  • 通讯作者:
    Shum Perry Ping
Ultra-High Sensitive Quasi-Distributed Acoustic Sensor Based on Coherent OTDR and Cylindrical Transducer
基于相干OTDR和圆柱形传感器的超高灵敏度准分布式声学传感器
  • DOI:
    10.1109/jlt.2019.2951624
  • 发表时间:
    2020-02-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Li, Hao;Sun, Qizhen;Shum, Perry Ping
  • 通讯作者:
    Shum, Perry Ping

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其他文献

Multi-wavelength fiber laser based on self-seed light amplification and wavelength-dependent gain
基于自种子光放大和波长相关增益的多波长光纤激光器
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2014.10.066
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    罗亦杨;夏历;孙琪真
  • 通讯作者:
    孙琪真
分布式光纤传感技术及其应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘德明;孙琪真
  • 通讯作者:
    孙琪真
分布式光纤振动传感网络周界
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光通信研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘海荣;孙琪真;李晓磊;孙志峰;刘德明
  • 通讯作者:
    刘德明
Noninvasive respiration movement sensor based on DBR fiber laser with beat frequency interrogation,” Journal of Biomedical Optics
基于具有拍频询问功能的 DBR 光纤激光器的无创呼吸运动传感器,生物医学光学杂志
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Biomedical Optics
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    沃江海;孙琪真
  • 通讯作者:
    孙琪真
Simultaneous measurement or refractive index and temperature using multimode microfiber-based dual Mach-Zehnder interferometer
使用基于多模微光纤的双马赫曾德干涉仪同时测量折射率和温度
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    罗海鹏;孙琪真
  • 通讯作者:
    孙琪真

其他文献

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AI技术路线图

孙琪真的其他基金

基于固—声—光多元耦合的压力管道腐蚀缺陷声学特征感知及分布式在线监测方法
  • 批准号:
    U22A20206
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    254.00 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
新型微结构光纤及其传感技术
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    120 万元
  • 项目类别:
    优秀青年科学基金项目
双模耦合光纤激光微腔复合域光学特性及其用于多元参量分布式传感的基础研究
  • 批准号:
    61275004
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于啁啾纳微结构的超高精度分布式光纤折射率传感技术研究
  • 批准号:
    60907037
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 项目类别:
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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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