类型a：这篇文档报告了一项原创研究。
主要作者与机构及发表信息
本研究的主要作者包括赵智勇（Zhiyong Zhao）、党云丽（Yunli Dang）、唐明（Ming Tang）等，他们来自华中科技大学武汉光电国家实验室（WNLO）和下一代互联网接入系统国家工程实验室。此外，还有来自新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院以及长江光纤光缆股份有限公司的研究人员参与合作。该研究于2016年10月发表在《光学快报》（Optics Express）期刊上。
学术背景
本研究属于光纤传感技术领域，特别是分布式光纤传感器的研究方向。布里渊散射（Brillouin scattering）和拉曼散射（Raman scattering）是两种重要的光学现象，被广泛应用于温度和应变的分布式测量中。然而，传统单模光纤（SMF）中的混合拉曼-布里渊分布式传感系统存在输入泵浦功率不兼容的问题，导致难以同时实现高精度的温度和应变区分测量。此外，弯曲引起的交叉敏感性也会影响布里渊频移（BFS）的测量准确性。为了解决这些问题，研究人员提出了一种基于多芯光纤（multi-core fiber, MCF）的空间分复用（spatial-division multiplexed, SDM）混合拉曼-布里渊分布式传感系统。该研究旨在通过分离不同物理量的测量通道，优化输入功率管理，并实现温度和应变的精确区分。
详细研究流程
本研究主要包括以下几个步骤：
实验设计与系统搭建
研究团队设计并搭建了一个基于多芯光纤的空间分复用混合拉曼-布里渊分布式传感系统。系统使用单一激光源（中心波长1550nm，线宽约1MHz），并通过3dB光耦合器将连续波分成两路。一路作为本地振荡器（OLO）用于布里渊增益谱（BGS）的重建，另一路则通过半导体光放大器（SOA）生成泵浦脉冲。泵浦脉冲经过掺铒光纤放大器（EDFA）放大后，通过光带通滤波器去除放大自发辐射（ASE）噪声。随后，放大的脉冲通过另一个3dB光耦合器分为两路，分别注入多芯光纤的不同核心进行拉曼和布里渊泵浦。为了灵活控制布里渊传感的输入功率，在布里渊路径前加入了一个可调光衰减器。
信号采集与处理
在拉曼路径中，背向散射的斯托克斯（Stokes）和反斯托克斯（anti-Stokes）拉曼散射信号通过单模光纤拉曼滤波器分离，并由两个雪崩光电二极管（APD）检测。数据通过示波器采集。在布里渊路径中，采用外差检测技术，将背向散射的布里渊信号与本地振荡器混频，然后通过400MHz平衡光电探测器（BPD）检测拍频信号。拍频信号连接到电谱分析仪（ESA），通过扫描ESA的中心频率重建布里渊增益谱。
相干瑞利噪声（CRN）校正
由于窄带激光二极管会引入相干瑞利噪声（CRN），研究团队通过扫描频率从1MHz到50MHz（步长1MHz）测量了CRN增益谱。结果表明，CRN是一种低频噪声，当频率高于30MHz时显著减弱。因此，中间频率被设置为240MHz以避免CRN对布里渊增益谱的干扰。
温度和应变标定
使用一根7芯、长度约为6km的多芯光纤进行实验。仅使用中央核心和一个外围核心分别实现布里渊光时域反射计（BOTDR）和拉曼光时域反射计（RODTR）。通过将光纤远端的一小段浸入水浴中施加不同温度，标定了布里渊频移（BFS）的温度依赖性和应变依赖性。温度灵敏度为1.126 ± 0.014MHz/°C，应变灵敏度为495.6 ± 1.05MHz/%。
主要结果
1. 温度和应变测量性能
实验结果表明，拉曼散射信号可以准确反映温度分布，而布里渊散射信号则对温度和应变均敏感。通过结合拉曼测量获得的温度信息，可以从布里渊频移中提取应变信息。温度分辨率通过计算5m窗口内的标准偏差估算，最差分辨率为约2.2°C；应变分辨率通过传播不确定性分析估算，最差分辨率为约40με。
相干瑞利干扰的影响
在光纤近端，由于拉曼滤波器的低消光比，瑞利散射光泄漏到探测器中，导致相干瑞利干扰（CRI）引起的随机强度波动。这使得近端的温度测量误差较大，但远离CRI区域的光纤部分表现出正常的测量性能。
多芯光纤的优势
多芯光纤的设计有效抑制了相邻核心之间的串扰（低于−45dB/100km），确保每个核心在同一位置经历相同的纵向应变和温度。这种设计解决了传统单模光纤中输入功率不兼容的问题，同时避免了弯曲引起的交叉敏感性。
结论与意义
本研究成功开发了一种基于多芯光纤的空间分复用混合拉曼-布里渊分布式传感系统，实现了温度和应变的区分测量。该系统的温度和应变分辨率分别为2.2°C和40με，在6km传感范围内具有3m的空间分辨率。这一技术不仅提高了分布式光纤传感系统的可靠性和精度，还为长距离传感应用提供了新的解决方案。未来，结合脉冲编码技术有望进一步扩展传感距离。
研究亮点
1. 创新性方法：首次提出并验证了基于多芯光纤的空间分复用混合拉曼-布里渊分布式传感系统。
2. 解决关键问题：通过分离不同核心的测量通道，解决了单模光纤中输入功率不兼容的问题。
3. 高精度测量：实现了温度和应变的高精度区分测量，为复杂环境下的分布式传感提供了技术支持。
4. 多芯光纤的独特优势：利用多芯光纤的设计特性，有效抑制了串扰和弯曲引起的交叉敏感性。
其他有价值内容
研究团队还探讨了相干瑞利噪声的校正方法，并提出了中间频率选择的优化策略。这些方法为提高布里渊增益谱测量的准确性提供了重要参考。