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光纤传感器不同于传统电子传感器,其具有无源、抗电磁干扰、耐高温高压等突出特点,在过去数十年里得到了快速发展。尤其是在长距离传感系统中,光纤同时作为传感元件和传输介质,可感知数十公里乃至上百公里长光纤链路上的温度、应变、振动等物理量变化信息,具有实现大范围传感与组网的能力,在地震波监测、油气勘探开发、周界安防、水声探测、结构健康监测、电网安全监测等能源及民生领域得到广泛应用并具有不可替代的优势。目前,光纤传感系统中大多采用低灵敏度铠装光缆作为传感元件,且现有分布式拉曼放大（distributed Raman amplification,DRA）泵浦噪声较高,难以实现更长距离、更高性能的传感功能。因此,本论文面向智能电网建设、新一代分布式声呐及油气管线安全监测等国家重大应用需求,从长距离光纤传感系统中传感光缆灵敏度的提高及DRA泵浦性能的提升两项关键技术入手,分别提出并实现了新声敏光缆、新泵浦光源及新传感系统,对长距离光纤传感的发展具有引领性意义。主要研究内容如下:（1）新声敏光缆:在国家自然科学基金委重大仪器项目及电子科技大学-江苏中天科技股份有限公司联合实验室项目的支持下,针对光纤分布式声波传感系统在油气勘探与管道泄漏监测等应用中传感光缆灵敏度有限的问题,首次提出声波灵敏度增强及全分布式磁吸附的传感光缆。理论分析了不同材料及结构对传感光缆声波灵敏度的影响,设计并实现了灵敏度为刚性铠装光缆10倍的小直径、柔性传感光缆,为光纤分布式声波传感系统在实际应用中的传感元件提供了新方案;进一步提出了一种全分布式磁吸附多参量传感光缆,无需额外的固定装置即可与金属管道管壁紧密贴合,提供了一种传感光缆与油气管道的高效耦合方式,可消除光纤传感系统在实际应用中因耦合效果欠佳引起的所谓“缆波”噪声。（2）新泵浦光源:在国家自然科学基金委重点项目及之江实验室重大项目的支持下,针对现有二阶DRA泵浦噪声较高的问题,提出了采用频谱无模式的级联随机拉曼光纤激光器（cascaded random Raman fiber laser,CRRFL）替代常规拉曼光纤激光器的创新思路。从窄带泵浦优化至宽带泵浦,显著降低了1.3μm波段CRRFL的相对强度噪声（relative intensity noise,RIN）,实现了低噪声DRA泵浦的指标突破。利用分立腔波长及带宽可调掺镱随机光纤激光器泵浦,实验验证了宽带泵浦对提高CRRFL光谱纯度及降低RIN的有效性,实现了RIN为-115.19 d B/Hz的1.3μm波段四阶CRRFL。在此基础上,结合特殊设计的点式反射镜,率先实现了结构更简单的共腔掺镱-拉曼级联随机光纤激光器,输出1.3μm波段四阶随机激光的RIN为-119.17 d B/Hz。进一步利用时域稳定性更佳的宽带掺镱光纤放大自发辐射泵浦,实现了RIN低至-128.37 d B/Hz的1.3μm波段四阶CRRFL,噪声水平较同波段商用Keopsys拉曼光纤激光器RIN谱峰值降低约30 d B。利用该低噪声CRRFL结合1.45μm波段宽带种子光源,实现了低噪声随机光纤激光放大系统并完成样机封装,将其应用于相干光时域反射仪,首次实现了基于二阶分布式放大的100 km光纤分布式声波定量传感,空间分辨率为10 m,最小可测应变为468 pε/√Hz,验证了低噪声CRRFL在长距离分布式光纤传感系统中的应用价值。（3）新传感系统:在国家自然科学基金委重点项目及电子科技大学-江苏中天科技股份有限公司联合实验室项目的支持下,针对长距离半开腔后向泵浦随机光纤激光器及传感器腔长距离有限的问题,提出了采用高阶随机光纤激光及新型传输光纤以延长激光器腔长的方法,为后续实现超长距离光纤激光器及传感器提供了设计指导。理论分析了高阶随机光纤激光、传输光纤不同参数及掺铒光纤对超长距离半开腔后向泵浦随机光纤激光器的性能提升效果,结论表明结合低传输损耗、低后向瑞利散射系数及低拉曼增益的传输光纤的高阶随机光纤激光器腔长可被显著延长。实验实现了200 km长半开腔后向泵浦六阶随机光纤激光器,光信噪比达25 d B,进一步实现了200 km超长距离、＞15 d B高光信噪比的多参数光纤布拉格光栅传感系统,验证了提出方案的正确性和有效性,实现了半开腔后向泵浦随机光纤激光器及传感器距离和性能的突破,创造了单端最长高性能半开腔后向泵浦随机光纤激光器及传感器的新世界纪录。本论文发明的新声敏光缆可望为满足国家油气勘探开发重大需求提供关键技术支撑,柔性声敏光缆已应用于中石油集团东方地球物理公司的现场试验,为国家自然科学基金重大仪器项目结题为优,为电子科技大学与中天科技股份有限公司的校企成功合作做出了贡献;首创的新泵浦光源已成功应用于之江实验室重大项目——光纤分布式水听系统的研究之中,为打造我国海防安全国之重器——新一代分布式光纤声呐做出了贡献,此外,新泵浦光源作为低噪声高功率DRA泵浦可望用于未来的超长距离光纤通信系统,潜力巨大;研制的新传感系统为解决长期存在的超长跨距输电线路安全实时在线监测难题提供了可行的解决方案,具有重大的现实意义和商业价值。