当粒子与辐射波长相比非常小时,就会发生瑞利散射。这些粒子可能是小的尘埃或氮和氧分子。瑞利散射导致较短波长的能量散射得比较长波长的能量多得多。瑞利散射是高层大气中的主要散射机制。白天天空呈现“蓝色”就是由于这种现象。当阳光穿过大气层时,可见光谱中较短波长(即蓝色)的散射比其他(较长)可见波长的散射更多。日出和日落时,光线必须比中午时穿过大气层更远,较短波长的散射更完全;这使得较大比例的较长波长能够穿透大气层。
4. 典型散射问题:散射问题的定义、斯托克斯参数、穆勒矩阵、相函数、散射和吸收效率、消光、光影定理、平面波展开、球面谐波、电磁多极子、均匀球体的米氏系数、电偶极子和磁偶极子以及孤立球体的定向散射、瑞利散射、瑞利-甘斯近似、导体和电介质圆柱体的平面波散射。
光纤波导:光纤的传输特性:衰减。石英玻璃光纤中的材料吸收损耗:固有吸收、外部吸收。线性散射损耗:瑞利散射、米氏散射。非线性散射损耗:受激布里渊散射、受激拉曼散射。光纤弯曲损耗、纤芯和包层损耗。色散:模内色散:材料和波导色散。模间色散:多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率光纤。光纤总色散。光源、接头和连接器:发光二极管 (LED):原理。LED 结构:平面 LED、圆顶 LED、表面发射 LED、边缘发射 LED、超辐射 LED。量子效率和 LED 功率、LED 调制。LED 特性:光输出功率、输出光谱、调制带宽、可靠性。激光二极管:原理、光反馈和激光振荡、激光振荡的阈值条件。激光类型:分布式反馈激光器、单模激光器。
双场 (TF) 量子密钥分发 (QKD) 从根本上改变了 QKD 的速率-距离关系,提供了单节点量子中继器的扩展。尽管最近的实验已经证明了 TF-QKD 为安全长距离通信提供了新的机会,但要释放其真正的潜力,仍然存在艰巨的挑战。之前的演示需要与量子信号波长相同的强稳定信号,从而不可避免地产生限制距离和比特率的瑞利散射噪声。在这里,我们介绍了一种新颖的双波段稳定方案,该方案克服了过去的限制,并且可以适应其他相位敏感的单光子应用。通过使用两种不同的光波长复用在一起以实现信道稳定和协议编码,我们开发了一种装置,该装置分别在有限尺寸和渐近范围内在创纪录的 555 公里和 605 公里的通信距离上提供类似中继器的密钥速率,并将长距离安全密钥速率提高了两个数量级,达到具有实际意义的值。
cai li,1个feng pei,2 na xiao 1和xiao-fei Zeng 1,2,*抽象的空心二氧化硅纳米球(HSNS)由于其低折射率而被广泛用作抗反射涂层。但是,很难使用简单的混合方法将它们合并到光学聚合物矩阵中,以增强可见的传输。瑞利散射是由其较大的粒径和集聚问题引起的,这会使光学聚合物的阴霾和透明度更糟。在此,直径约为20 nm的超小HSN通过反向微乳液方法合成。通过高重力技术在旋转的床反应器(RPB)中实现了扩展制剂,然后通过简单的溶液混合方法制造了透明的聚乙烯醇(PVA)/HSNS纳米复合材料。HSN的内腔大小约为8 nm,折射率为1.342。通过使用不同的表面修饰符,它们可以分别在水和有机溶剂中单分散。制备的PVA/HSNS纳米复合材料具有超高的透明度和低阴霾,因此HSN均匀地分散在PVA矩阵中,而没有任何聚合,这在光学材料和设备中具有很高的应用前景。
光纤传感在油气井中的应用。光纤传感有可能彻底改变油气行业的油井和油藏监测。光纤传感器的被动特性、安装成本低廉的潜力以及沿光纤整个长度进行密集分布测量的可能性,都为油气行业带来了诸多好处。安装在油气井中的光纤传感器获取的信息有助于提高效率、安全性和最终采收率。各种光纤传感器能够测量温度、压力、化学成分、应变和声学等物理效应。合适的数据基础设施和处理能力(将这些测量结果转化为有价值的信息)是任何传感系统的关键要素。基础由井中的合适光纤传感器和地面上的询问单元组成。本论文重点介绍基于两种光纤技术的传感硬件的开发:光纤布拉格光栅和瑞利散射。光纤布拉格光栅 (FBG) 是可以沿光纤电缆长度分布的点传感器。低成本、坚固耐用的询问单元是实现基于 FBG 的传感系统成本效益的关键因素之一。本文介绍了用于高温沙漠环境的此类询问单元的成功开发(第 3 章)。这一发展旨在促进低成本商业化实现。这些可以结合专用测试装置在内部进行评估(第 4 章)。分布式声学传感 (DAS) 是一种完全分布式传感技术,它利用标准光纤长度上自然发生的散射点的瑞利散射。反向散射能量可以解释为在整个光纤中实现准麦克风。DAS 近来备受关注,因为它在井下监测(例如压裂监测、流量监测)以及地球物理监测中具有潜在应用。本论文以地球物理应用为重点,描述了合适询问单元的开发(第 5 章)以及新原型在现场试验中的成功验证(第 6 章)。为了进一步扩大地球物理应用范围,需要提高光纤传感电缆对垂直于其轴向方向的地震波的灵敏度(第 7 章)。本论文介绍了此类电缆概念的发展,并介绍了成功的实验室和现场试验结果(第 8 章)。分布式传感技术具有降低成本并提高空间分辨率的潜力。然而,沿电缆长度的连续测量会在从光纤中的光学长度到井下环境中的位置的转换中引入不确定性。虽然已经提出了几种深度校准方法,本论文阐述了一种新方法的开发:磁深度定位器(第 9 章)。在井中安装多个磁铁组件可提供永久的深度参考点,这使其非常适合保证延时井和油藏监测所需的深度精度(第 10 章)。多种光纤传感技术可以在井下环境中组合使用。由此产生的大量沿光纤连续的时间和距离测量为石油和天然气行业的稳健井和油藏监测提供了独特的机会。
I.引言光学通信的散射是无关的,无论纤维中存在的光功率量如何。它可以分为两个方案:自发和刺激的散射[1,2]。自发的光散射是指在条件下散射的过程,因此,光学材料的特性不受入射电场的存在影响。对于能力强度的输入光界,自发的光散射可能会变得非常强烈;因此,在这种刺激的方向上,散射过程的性质严重修饰了材料系统的光学特性,反之亦然。此外,雷利(Rayleigh),拉曼(Raman)和布里鲁因(Brillouin)散射事件可能引起自发和刺激的散射。瑞利散射来自非传播密度的闪光,可以称为熵闪烁中的散射。拉曼散射来自光与散射介质中组成分子的振动模式的相互作用。等效于此,这可以被视为光子声子中光的散射。brillouin散射来自光与传播密度波或声音子的相互作用。这些散射过程中的每个散射过程始终存在于光学纤维中,因为没有纤维没有微观缺陷或驱动这三个过程的热闪光。被认为是主要的光纤维非线性。因此,本评论文章将强调这一主题。
光纤传感在油气井中的应用。光纤传感有可能彻底改变石油和天然气行业的油井和油藏监测。光纤传感器的被动特性、经济高效的安装潜力以及沿光纤整个长度进行密集分布测量的可能性带来了诸多好处。使用安装在油气井中的光纤传感器获取的信息有助于提高效率、安全性和最终采收率。各种光纤传感器能够测量温度、压力、化学成分、应变和声学等物理效应。合适的数据基础设施和将这些测量结果转化为有价值信息的处理能力是任何传感系统的关键要素。基础由井中合适的光纤传感器和地面上的询问单元组成。本论文重点介绍基于两种光纤技术的传感硬件的开发:光纤布拉格光栅和瑞利散射。光纤布拉格光栅 (FBG) 是可以沿光纤电缆长度分布的点传感器。实现具有成本效益的基于 FBG 的传感系统的关键因素之一是低成本且坚固的询问装置。介绍了用于高温沙漠环境的此类询问装置的成功开发(第 3 章)。这项开发旨在促进商业低成本实现。这些可以结合专用测试装置在内部进行评估(第 4 章)。分布式声学传感 ( DAS ) 是一种完全分布式传感技术,利用标准光纤长度上自然发生的散射点的瑞利散射。反向散射能量可以被解释为在整个光纤中实现准麦克风。DAS 最近受到广泛关注,因为它在井下监测中具有潜在应用,例如压裂监测、流量监测以及地球物理监测。本论文以地球物理应用为重点,描述了合适的询问单元的开发(第 5 章)以及新原型在现场试验中的成功验证(第 6 章)。为了进一步扩大地球物理应用范围,需要增强光纤传感电缆对垂直于其轴向方向撞击的地震波的灵敏度(第 7 章)。本论文介绍了此类电缆概念的发展,并介绍了成功的实验室和现场试验结果(第 8 章)。分布式传感技术具有降低成本并提高空间分辨率的潜力。但是,沿电缆长度的连续测量会在从光纤中的光学长度到井下环境中的位置的转换中引入不确定性。虽然已经提出了几种深度校准方法,但本论文介绍了一种新方法的发展:磁深度定位器(第 9 章)。在井中安装多个磁铁组件可提供永久的深度参考点,这使其非常适合保障延时井和油藏监测所需的深度精度(第 10 章)。多种光纤传感技术可以组合在井下环境中。由此产生的沿光纤在时间和距离上连续的大量测量结果为石油和天然气行业的井和油藏监测提供了独特的机会。
分布式光纤应变传感系统全尺寸疲劳测试评估 执行摘要 目前业界测量应变的惯例是使用电阻箔应变计。这些传感器安装起来很费时间,每个传感器需要三根屏蔽线,当需要进行高密度应变测量时,这会给被测结构增加相当大的重量和复杂性。电气仪表也容易疲劳,安装在作战飞机上时需要频繁校准。分布式光纤应变测量系统可以显著降低安装成本和复杂性,并解决与电气仪表相关的一些耐用性和性能问题。本报告详细介绍了传统电阻箔应变计和基于瑞利散射的商用光纤分布式应变测量系统性能的实验比较。所呈现的结果比较了两个系统之间的应变响应、空间分辨率和噪声水平,首先是包含疲劳裂纹的试样,其次是全尺寸疲劳试验件,该试验件由一架退役 F/A-18 的中心筒组成,受到模拟操作谱载荷。在大多数区域,光学应变数据与使用箔应变计进行的测量结果相比效果良好,但是,该系统存在一些局限性,特别是在高应变梯度区域测量应变时。尽管存在这些限制,但在许多情况下,与传统的电阻箔应变计相比,瑞利散射有可能以大幅降低每个传感点的成本提供详细的应变测量。