光纤中的散射

光纤中的散射

当光通过不均匀介质时会向四面八方传播，这就是光的散射，例如晴朗的天空呈现蓝色，海水也是蓝的，这都是太阳光发生散射的结果（波长较短的蓝光被大气微粒散射）。同样的，当光在光纤中传输时，由于光纤中折射率分布不均匀，也会发生散射，主要有瑞利散射，布里渊散射与拉曼散射三种形式。

图1 太阳光的散射

图2 光纤中的散射

散射是光波与光纤介质的粒子相互作用的结果。瑞利散射中，入射光被散射后，波长、频率并未发生变化，是一种弹性散射；布里渊散射中入射光与光纤中声波场发生作用，会出现高于原入射光频率的光和低于原入射光频率的光。拉曼散射产生的结果与之类似，两者都属于非弹性散射。

分布式光纤传感技术（DOFS）就是通过采集光纤中散射光的信息进行测量的，可以分成如下几类：

表分布式光纤传感技术的分类

目前，OTDR技术发展成熟，多用于集成光路的诊断和光通信网络故障的检测，但受探测光脉冲宽度及空间分辨率与动态范围之间矛盾的限制，难以同时满足较大动态范围和较高空间分辨率，不适用于高精度测量领域。在温度与应变传感领域，多使用基于布里渊散射的BOTDR、BOTDA及BOFDA技术，其中BOFDA技术最高能实现2cm的空间分辨率，但整个测试系统十分复杂，测量时间较长。

OFDR技术是利用扫频光源相干检测技术对光纤中的光信号进行检测的一项技术，由于不受空间分辨率与动态范围之间矛盾的限制，其同时具备空间分辨率高（光学测量可达10μm），动态范围大，测试灵敏度高等特点，适用于短距离高精度监测领域如光器件内部剖析、土木工程模拟试验、车辆结构研究等。

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