基于受激布里渊散射效应的分布式光纤传感技术(BOTDA)由于它是以光纤为传感媒介,具备体积小、抗电磁干扰、能在恶劣环境中使用以及其结构简单、信噪比高等核心优势而一度成为理想的长距离、分布式光纤传感技术,也成为该领域研究的热点之一。然而,在传统BOTDA技术中连续探测光的功率却极大地受限于BOTDA技术独有的非本地效应影响而始终无法有效达到5 dBm的受激布里渊散射阈值,极大地限制了其传感距离的进一步延长。此外,在BOTDA技术中通过扫描泵浦脉冲与连续探测光间的频率差而获得的布里渊增益谱本质上是泵浦脉冲的频谱与光纤的布里渊本征谱的卷积,这样就使得布里渊增益谱线宽在理论上无法突破光纤的布里渊本征谱线宽,而布里渊增益谱线宽极大地影响到了 BOTDA技术测量温度或应变的精度,因此寻求突破布里渊本征谱线宽在分布式光纤传感领域就显得尤为重要且意义深远。为了解决BOTDA技术出现的以上技术瓶颈,进一步提升BOTDA技术长距离、分布式的传感性能,本文的研究工作以及创新成果包括以下几个方面:一、基于正交双频探测光的BOTDA技术研究该BOTDA技术的研究着眼于国外学者最近报道在普通双边带连续探测光BOTDA技术的扫频过程中,当连续探测光的功率超过-6 dBm时双边带连续探测光产生的布里渊增益谱和损耗谱在频谱上会出现错位,导致泵浦脉冲在频域上出现倾斜,进而严重恶化了传感光纤尾端的温度或应变测量精度。为此,本文提出一种基于正交双频探测光的BOTDA技术,该技术在普通双频探测光BOTDA技术的双边带连续探测光的正交偏振方向上再引入了一组双边带连续探测光,这样当连续光的功率过高时普通双边带连续探测光BOTDA技术产生的泵浦脉冲频谱畸变会被偏振正交方向上的那组双边带连续探测光动态补偿。最终在提高连续探测光功率的条件下避免了泵浦脉冲频谱的畸变问题,极大地提高了系统信噪比,延长了传感距离。二、脉冲BOTDA技术中的数学模型研究及其应用该研究工作立足于建立目前国内外主流的脉冲BOTDA技术的统一数学模型,为后续仿真研究BOTDA技术提供理论指导。通过改变模型的相关参数,本文提出了一种差分式的布里渊传感技术,该技术中的信号光经历了三分段脉冲结构中的β和γ部分的布里渊响应差。且当传感光纤的布里渊频移分布比较均匀时,这两部分的响应大小相等,此时该系统最终经历的布里渊响应为0。因此,该技术对微小的温度或应变变化更为敏感,有望实现高空间分辨率和高频率分辨率的布里渊传感。与此同时,理论分析表明该技术与传统π脉冲法具有一定的相似性,只是传统π脉冲法中信号光经历了β和γ部分的布里渊响应和。基于此,本文分析了π脉冲法中的二阶残影对准确测量热点的影响程度。理论结果表明,当热点与非热点之间的温度差小于17 ℃时,二阶残影产生的系统误差将会非常的严重,极大地降低了π脉冲法的频率测量精度。三、压缩BGS线宽的BOTDA传感技术研究该技术瞄准了目前在分布式布里渊传感领域还没有有效的技术手段能够减小布里渊增益谱线宽。通过将一对时域宽度相同但相位不同的普通单脉冲的布里渊响应做差,本文提出的压缩BGS线宽的BOTDA传感技术能够在不降低峰值增益的前提下从数学上实现压缩BGS线宽的目的。该技术在分布式布里渊传感领域首次实现了 17 MHz的布里渊增益谱线宽,理论与实验结果也表明,在实现相同的空间分辨率(2.5 m)条件下该技术在25 km长的传感光纤尾端测得的布里渊频移精确度是普通单脉冲BOTDA技术的(?)倍。因此,该技术有望能够将BOTDA技术的产业化进程推向一个新的高度,并且对基于受激布里渊散射效应的其他新型技术产生一定的共鸣。