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基于卷积神经网络的宽带频率扫描提取的直接检测正交频分复用中的动态偏振不敏感布里渊光时域分析

Dynamic polarization-insensitive BOTDA in direct-detection OFDM with CNN-based BFS extraction.

作者信息

Qi Di, Li Jingyu, Guan Xun, Chan Chun-Kit

出版信息

Opt Express. 2022 Feb 28;30(5):7725-7736. doi: 10.1364/OE.450977.

DOI:10.1364/OE.450977
PMID:35299528
Abstract

We propose a dynamic polarization-insensitive Brillouin optical time domain analyzer (D/PI-BOTDA) with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based on intensity-modulated direct-detection (IM-DD). A polarization-division-multiplexed (PDM) pump signal enables polarization diversity of the stimulated Brillouin scattering while a multi-frequency OFDM probe signal realizes dynamic sensing with single-shot transmission. We experimentally demonstrated distributed temperature sensing along a total 940-meter fiber with a temperature sensing coefficient of 1.2°C/MHz. The experimental results indicated a remarkable suppression of Brillouin gain fluctuation up to 4.38 times compared to the case without polarization diversity. To facilitate the Brillouin frequency shift (BFS) extraction process, we also implement a CNN-based BFS extraction method with SE-Res2Net block. The adopted algorithm achieves a higher accuracy than conventional curve fitting method, with a 10-time enhancement in the time efficiency.

摘要

我们提出了一种基于强度调制直接检测(IM-DD)和正交频分复用(OFDM)的动态偏振不敏感布里渊光时域分析仪(D/PI-BOTDA)。偏振分复用(PDM)泵浦信号实现了受激布里渊散射的偏振分集,而多频OFDM探测信号则通过单次传输实现了动态传感。我们通过实验证明了沿总长940米的光纤进行分布式温度传感,温度传感系数为1.2°C/MHz。实验结果表明,与无偏振分集的情况相比,布里渊增益波动得到了显著抑制,高达4.38倍。为了便于布里渊频移(BFS)提取过程,我们还实现了一种基于卷积神经网络(CNN)的带有SE-Res2Net模块的BFS提取方法。所采用的算法比传统曲线拟合方法具有更高的精度,时间效率提高了10倍。

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