TWI540307B - 使用數模感測光纖之分散式布理淵感測系統及方法 - Google Patents

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Description

使用數模感測光纖之分散式布理淵感測系統及方法 【交互參照之相關申請案】
本申請案主張西元2011年4月29日申請之美國專利申請案第13/097,201號和西元2012年1月5日申請之美國專利申請案第13/344,065號的優先權權益，本申請案依賴該等申請案全文內容且該等申請案全文內容以引用方式併入本文中。
本發明大體係關於感測系統和方法，且特別係關於使用數模感測光纖的分散式布理淵(Brillouin)感測系統和方法。
應用布理淵散射之分散式感測器在形成光纖感測系統方面相當引人注目，光纖感測系統用於測量建築物、橋樑、隧道、水壩、管道和船舶與飛機的結構完整性。最普遍的布理淵光纖感測系統為布理淵光時域反射儀(BOTDR)。此技術非常類似瑞利(Rayleigh)基OTDR，其中從強脈衝反散射的自發布理淵光經記錄為時間函數。測量各時間步驟的反散射訊號頻率分佈，以測定各位置的應變或溫度變化。像習知OTDR一樣，BOTDR只需存取單一光纖端，此對許多應用而言十分便利。然 BOTDR的空間解析度實際上限制在1公尺。
另一光纖感測系統採用布理淵光時域分析(BOTDA)。此技術善用應用激發-探測技術的受激布理淵散射(SBS)，其中強激發脈衝在傳播時與弱反向傳播連續波(CW)探測光局部交互作用。藉由記錄時域的探測光振幅，可分析各位置探測光所感受的增益。逐步掃描激發光與探測光的頻率差異，並就特定激發光-探測光頻率差異擷取局部放大。接著分析特定位置隨頻率變化的增益，以重建局部增益光譜。由於激發脈衝和CW探測光在感測光纖中需反向傳播，故BOTDA需存取二光纖端，此在某些情況下係一大限制。BOTDA受到類似BOTDR的空間解析度限制，即約1公尺，此係因為：(1)權衡空間解析度與感測靈敏度，及(2)脈衝寬度降至比擬聲弛豫時間(~10奈秒(ns))的值時，將明顯擴大及減弱布理淵增益光譜。此外，此領域習知BOTDR或BOTDA系統相關的問題為布理淵頻移對應變與溫度的敏感性。若不知觀察到的布理淵頻移係由應變或溫度變化引起，則此效應會導致測量模稜兩可。
為增進空間解析度，建議使用形成於極化保持單模光纖中的布理淵動態光柵(BDG)。依此方式，激發光可於偏光面產生聲波，聲波並用於從激發光反射不同光頻的正交極化探測光。實驗結果據報可以10公分(cm)的空間解析度測量105公尺極化保持單模光纖中的分散式應變。然極化保持單模光纖通常有較高的衰減作用且比標 準光纖貴。此外，極化保持單模光纖系統所需的感測方案需極化保持部件，該部件會增加額外成本及提高感測系統的複雜度。另外，要保持長光纖(即數公里或更長)的特定極化很難，此也限制了感測系統長度。
因此，需要空間解析度較高且可同時測量溫度和應變的低成本光纖感測系統。
本發明的一實施例係分散式布理淵光纖感測系統。系統包括感測光纖，感測光纖配置以支持基本波導模態和至少一較高階波導模態。系統包括激發光源，激發光源配置以將激發光引入波導模態之一，以定義激發光波導模態。激發光在感測光纖內形成布理淵動態光柵(BDG)。系統亦具有探測光源，探測光源配置以將輸入探測光引入除激發光波導模態外的一或更多波導模態，以產生出自BDG的反射探測光。反射探測光和輸入探測光的頻率彼此偏移了布理淵頻移。系統亦包括接收器，接收器光學耦接至感測光纖。接收器配置以偵測反射探測光，以測定布理淵頻移和反射位置，在一實例中，接收器為或包括光譜分析儀。
本發明的另一實施例係分散式布理淵光纖感測系統。系統具有感測光纖，感測光纖配置以支持至少第一與第二波導模態。在一實例中，感測光纖不保持極化。系統 亦包括第一激發光源，第一激發光源光學耦接至感測光纖。第一激發光源配置以產生第一激發光，第一激發光在感測光纖中以第一波導模態行進，並且形成BDG，BDG含有感測光纖的局部布理淵頻率資訊。系統亦包括探測光源，探測光源耦接至感測光纖。探測光源配置以產生脈衝探測光，脈衝探測光在感測光纖中以第二波導模態行進。脈衝探測光的波長經選擇使至少部分脈衝探測光從布理淵動態光柵反射，並且包括局部布理淵頻率相關資訊。系統亦具有接收器，接收器光學耦接至感測光纖，接收器配置以接收反射探測光及測定局部布理淵頻率與反射位置和沿著感測光纖的至少一條件。
本發明的又一實施例係沿著感測光纖感測至少一條件的方法。方法包括只以感測光纖支持的第一波導模態往光纖下方發送激發光，以產生BDG。方法亦包括以感測光纖支持的至少一第二波導模態往光纖下方發送第一頻率的脈衝探測光，以得從布理淵動態光柵反射的探測光。反射探測光具有相對第一頻率偏移一頻移的第二頻率且具有反射位置。方法進一步包括分析反射探測光，以測定反射探測光的反射位置和反射探測光的移頻而決定至少一條件。在一實例中，至少一條件係隨沿著感測光纖之位置(距離)函數的至少一溫度與應變。
根據至少一些實施例，分散式布理淵光纖感測系統包含：(a)感測光纖，感測光纖配置以支持基本波導模態和至少一較高階波導模態；(b)激發光源，激發光源配置以 將激發光引入波導模態之一，以定義激發光波導模態，激發光形成布理淵動態光柵(BDG)；(c)探測光源，探測光源配置以將輸入探測光引入除激發光波導模態外的一或更多波導模態，以產生出自BDG的反射探測光，反射和輸入探測光的頻率偏移了布理淵頻移；以及(d)接收器，接收器光學耦接至感測光纖且配置以偵測反射探測光，以測定布理淵頻移、探測光的反射位置和探測光與激發光的波長離距，該接收器配置以同時測定感測光纖中隨沿著感測光纖之距離函數的溫度和應變。
根據至少一些實施例，感測光纖包含：數模核心，其中核心半徑為4微米(μm)≦r≦10 μm，F因子(μm2)為76 μm2至506 μm2。較佳地，感測光纖的核心△為0.25%至1%，核心半徑r為4微米至10微米，F因子為100 μm2≦F因子≦200 μm2，有效面積A有效為50 μm2≦A有效≦150 μm2。在一些實施例中，核心半徑為5 μm≦r≦7 μm，核心△為0.4%至0.7%。
根據至少一些實施例，分散式布理淵光纖感測系統包含：(i)感測光纖，感測光纖配置以支持基本波導模態和至少一較高階波導模態，該感測光纖的核心半徑為4 μm≦r≦10 μm，F因子(μm2)為76 μm2至306 μm2；(ii)激發光源，激發光源配置以將激發光引入波導模態之一，以定義激發光波導模態，激發光形成布理淵動態光柵(BDG)；以及(iii)探測光源，探測光源配置以將輸入探測光引入除激發光波導模態外的一或更多波導模態， 以產生出自BDG的反射探測光，反射和輸入探測光的頻率偏移了布理淵波長偏移。
本發明的附加特徵和優點將詳述於後，熟諳此技術者在參閱或實行本文包括實施方式、申請專利範圍和附圖說明後，在某種程度上將變得更清楚易懂。
應理解以上概要說明和下述詳細說明僅為描述實施例，及擬提供概觀或架構以對申請專利範圍的本質和特性有所瞭解。所含附圖提供對本發明的進一步瞭解，故當併入及構成說明書的一部分。圖式描繪各種實施例並配合說明內容來解釋原理和操作。
現將詳述本發明實施例，該等實施例的實例繪示如附圖。盡可能以相同的元件符號表示相仿的部件或零件。一些圖式標示笛卡兒座標供作參考。
在以下說明和申請專利範圍中，「第一波導模態」和「第二波導模態」不必然分別指稱最低階和第一階波導模態，而是擬泛稱不同的可用波導模態。
又在以下說明中，採用下列此領域通用的定義和術語。
折射率分佈：折射率分佈係在選定光纖片段中，相對折射率百分比(△%)與光纖半徑r(從光纖中線測量)間的關係。
相對折射率百分比△(%)或△：「△」代表下式定義的折 射率相對測量值：△(%)=100×(ni 2-nc 2)/2ni 2，其中ni係標為i的折射率分佈片段的最大折射率，nc係參考折射率。片段的每一點具有相對參考折射率測量的關聯相對折射率。
第1A圖為根據本發明之分散式布理淵感測系統(「系統」)10的示例性實施例示意圖。系統10包括激發光源20和探測光源30，激發光源20產生波長λ1(頻率v1)的激發光22，探測光源30產生可調波長λ2(可調頻率v2)的探測光32。系統10亦包括「數波導模態」感測光纖50，感測光纖50支持至少第一和第二波導模態。在一實例中，感測光纖50不保持極化。感測光纖50具有輸入/輸出端52。激發光源20和探測光源30光學耦接至感測光纖50的輸入/輸出端52。系統10亦包括接收器100，接收器100光學耦接至輸入/輸出端52。在一實例中，接收器100包括數位訊號處理器，該處理器操作連接至由50：50之光耦器與平衡光偵測器組成的平衡同調偵測器。以下將更詳細討論示例性接收器100。
在一實例中，利用多模光纖F的不同區段和多模1×250：50光纖-光耦器40，將激發與探測光源20、30和接收器100光學耦接至感測光纖輸入/輸出端52。在一實施例中，多模光纖F和多模光耦器40係由和感測光纖一樣的數模光纖(FMF)製成，以最小化插入損失。故在一實施例中，激發光源20經由第一光纖區段F1光學耦接至第一光耦器40-1，探測光源30和接收器100分別經由 各光纖區段F2和F3光學耦接至第二光耦器40-2。第二光耦器40-2經由第四光纖區段F4光學耦接至第一光耦器40-1。第一光纖光耦器40-1亦光學耦接至感測光纖輸入/輸出端52。
在一實例中，激發光源20包含窄線寬雷射。第2A圖為激發光源20的示例性實施例示意圖，激發光源20包括光纖雷射24，光纖雷射24採用適當配置之單模光纖60和第一光纖放大器26。激發光22的波長λ1可為500奈米(nm)至1600 nm。在不同實施例中，激發光波長為大於800 nm、大於1000 nm、大於1300 nm，及為1500 nm至1600 nm，且光纖損失通常係在最低限度。在一實例中，激發光源20包括可調濾波器27，用以過濾激發波長頻寬外的自發放射。
第2A圖圖示單模光纖60利用耦合構件70光學耦接至多模光纖區段F1的實例。在一實例中，耦合構件70係簡易接疋，以激發光纖F1的基本模態。在另一實例中，耦合構件70含有模態選擇或「模態轉換器」71，模態轉換器71配置以發射光纖區段F1的特定模態。模態轉換器71可包括自由空間基元件(例如相位板)或光纖基元件(例如長週期光纖光柵，例如傾斜光纖布拉格光柵)。
如第2A圖所示，不同雷射類型可用作激發光源20的激發雷射，包括半導體雷射和光纖雷射。在一實例中，激發光源20包含CW源，即產生CW激發光22。在另一實例中，激發光源20產生脈衝激發光22。若使用脈 衝激發光源20，則在不同實施例中，脈寬可大於10 ns、大於100 ns及大於1000 ns。
在一實例中，探測光源30包含窄線寬可調雷射。第2B圖類似第2A圖且圖示探測光源30的示例性實施例，探測光源30包括可調光纖雷射34，可調光纖雷射34以適當配置之單模光纖60和第一光纖放大器36為基礎。在一實例中，探測光源30利用自由空間光連接而光學耦接至多模光纖區段F2，例如經由光耦合光學系統80。此構造容許感測光纖50的選定波導模態用於支持探測光32。在另一實例中，長週期光柵(例如傾斜光纖布拉格光柵)基光模轉換器用來將基本模態轉換成選定的較高階模態。探測光32可稱作「輸入探測光」，以和反射探測光32R有所區別。
第1B圖類似第1A圖且圖示系統10的另一示例性實施例。在第1B圖的系統10中，激發和探測光源20、30分別經由光纖區段F1、F2光學耦接至光耦器40。光耦器40進而經由光纖區段F3光學耦接至光循環器42的埠P1，光循環器42具有三個埠P1、P2、P3。光纖區段F4光學連接埠P2和感測光纖50的輸入/輸出端52。光纖區段F5光學連接埠P3和接收器100。此系統10構造容許激發光22和探測光32於光耦器40結合，然後經由光纖區段F3、F4和循環器42引導至感測光纖50。反射探測光32R接著經由光纖區段F4、F5和循環器42從感測光纖50的輸入/輸出端52引導至接收器100。
再次參照第1A圖及第1B圖並參照第3A圖，在一示例性實施例中，接收器100包括多頻(多波長)光偵測單元102，光偵測單元102操作耦接至處理單元(「處理器」)104。接收器100亦包括記憶單元(「記憶體」)106。在一示例性實施例中，接收器100包含光譜分析儀。
第3B圖為系統10的示例性接收器部分和示例性探測光源部分的特寫視圖。所示接收器100包括配置成數位訊號處理器的處理器104，接收器100亦包括由50：50之光耦器40與平衡光偵測器110組成的平衡同調偵測器112。光耦器40光學連接至單模光纖區段60，單模光纖區段60包括可調濾波器27且光學連接至光纖區段F6，光纖區段F6光學耦接至探測光源30的可調雷射34。此構造定義局部振盪器，以產生參考光(即部分探測光32)用於平衡同調偵測器112。
所示探測光源30例如包括光調變器(光調變器插在可調雷射34與光放大器之間，第2B圖未圖示)，光調變器用於光學調變出自CW可調雷射34的CW探測光32，以於探測光經由模態轉換器71耦合至光纖區段F2前，產生脈衝探測光，模態轉換器71用於將選定模態引入光纖區段F2。
若反射探測光在成測光纖50中呈LP11波導模態，則位於(多模)光纖區段F5與單模光纖區段60間的模態轉換器71用來使反射探測光32R從LP11波導模態轉換感LP01波導模態。若探測光在感測光纖50中已呈LP01 波導模態，則不需要此模態轉換器。窄頻寬濾波器27用於只讓反射探測光32R通過及過濾掉所有其他反射光。
在第1A圖所示系統10的一般操作中，激發光源20產生的激發光22行經第一光纖區段F1而至第一光耦器40-1並由輸入/輸出端52進入成測光纖50。激發光22接著僅以一波導模態在感測光纖50內行進。
現亦參照第4A圖，當激發光22的功率達受激布理淵散射(SBS)閾值時，會於感測光纖50中產生布理淵動態光柵(BDG)54和史托克(SBS)波(未圖示)。SBS波頻率從激發光頻率v 1 向下偏移。激發光與SBS波的頻率差異稱為布理淵頻移v B ，布理淵頻移取決於感測光纖50的性質和聲光波導模態。
若激發光22以波導模態i在感測光纖50中傳遞且離開聲波呈聲波導模態m，則布理淵頻移可表示為： 且對應波長偏移為： 其中λ 1 係激發光波長，n i 係第i階光波導模態的有效折射率，V m 係第m階聲波導模態的有效聲速。若頻率v 2 的短脈衝探測光32經由波導模態j(即不同於激發光22的波導模態)發送，則滿足相位匹配條件時，即探測光與激發光頻率變化如下時，BDG 54將反射頻率v 2 -v B 的訊號： 且對應波長偏移為： 其中△n ij =n i -n j 係光波導模態i與j間的有效折射率差異。
第4B圖類似第4A圖且圖示系統10的另一實施例，如第1A圖虛線所示，系統10採用第二激發光源20’。在此實施例中，頻率v 1 (波長λ 1 )、出自激發光源20的窄線寬激發光22和頻率v’ 1 (波長λ’ 1 )、出自激發光源20’的窄線寬激發光22’在感測光纖50中反向傳播而產生BDG 54。激發光波長可為500 nm至1600 nm。在不同實施例中，波長為大於800 nm、大於1000 nm、大於1300 nm，及為1500 nm至1600 nm，且光纖損失通常係在最低限度。
當頻率差異(v 1 -v’ 1 )匹配布理淵頻移v B 時，BDG 54將於感測光纖50中產生。在單一激發光實施例中，布理淵頻移v B 取決於感測光纖50的光纖性質和聲光波導模態。若激發光22和激發光22’以光波導模態i傳遞且離開聲波呈聲波導模態m，則布理淵頻移v B 和對應波長偏移可以上式1和1a表示。
若頻率v 2 的探測光32經由光波導模態j發送而朝和激發光22一樣的方向傳播，則滿足相位匹配條件時，即探測光32與激發光22的頻率改變符合式2，或探測光32 與激發光22的波長變化符合式2a時，BDG 54將反射頻率v 2 -v B 的訊號。
在二實施例中，利用窄頻布理淵增益，可形成穩定的BDG 54(亦為窄頻BDG)，具奈秒脈寬的寬頻短脈衝探測光32可沿著感測光纖50時域定位及掃描BDG，並由不同於激發光22的波導模態支持。
注意第1A圖及第1B圖所示系統10的實施例僅為說明一般系統操作原則的示例性實施例，在此也可配置其他能達成和所述實施例一樣功效的實施例。
由不同波導模態支持的激發光和探測光
本發明的一實施例係激發光22以不同於探測光32的波導模態行進。在一實例中，激發光22由比探測光32低階的波導模態支持，此波導模態稱作激發光波導模態。第5A圖為頻譜，頻譜顯示當激發光22由比探測光32之波導模態低階的波導模態支持時，感測過程涉及的相關頻率。
在另一實例中，激發光22由比探測光32高階的波導模態支持。第5B圖類似第5A圖且顯示當激發光22由比探測光之波導模態高階的波導模態支持時，感測過程涉及的相關頻率。
在一實例中，激發光22由單一波導模態支持，探測光32由除激發光波導模態外的多個其他波導模態支持。
同時測量應變和溫度
因感測光纖50遭受熱膨脹和變形所致，BDG 54具溫 度與應變相依性。故反射探測光32R的峰頻變化(或布理淵頻移變化)會隨溫度變動(δT)和應變變動(δε)改變，即： 其中K v T 係溫度係數，T係攝氏溫度(℃)，K v ε 係應變係數，ε係應變。
由於數模光纖(FMF)之兩種光纖模態間的有效折射率差異會隨應變和溫度變化，故激發光與探測光的波長差異也和應變與溫度有關。隨應變變動(δε)和溫度變動(δT)改變的激發光與探測光的波長差異(△λ=λ1-λ2)(在此亦稱為激發光與探測光的波長離距)可表示為： 其中Kλ ε和Kλ T係激發光與探測光波長差異的應變和溫度係數。藉由解答式(3)與式(4)，應變變動和溫度變動可表示為： 若≠，則矩陣方程式(4a)存在一解。如此可達成同時測量分散式應變與溫度。
因此，藉由測定探測光32與反射探測光32R的頻率差異或測量探測光與激發光的波長離距，可利用BDG 54評估沿著感測光纖50之不同位置的溫度和應變。藉由測定探測光32與反射探測光32R的頻率差異及測量探測光與激發光的波長離距，可利用BDG 54同時評估沿著感 測光纖50之不同位置的同時溫度和應變測量值。因BDG 54具窄光譜頻寬，故可達成高解析度感測。又因探測光32有較短脈寬，故可獲得高空間解析度。
空間解析度
從感測光纖50之輸入/輸出端52到探測光32反射位置的距離Z可表示為： 其中t係發射探測光32與接收反射探測光32R間的時間，n g 係感測光纖50之波導模態的群指數且探測光32發射到感測光纖50內，c係真空下的光速。
空間解析度△Z取決於探測光脈寬τ： 探測光脈寬τ=100 ns相當於空間解析度△Z=10公尺。為使空間解析度小於1公尺，探測光脈寬τ應小於10 ns。在不同實施例中，探測光脈寬τ小於5 ns及小於1 ns。在不同實施例中，探測光脈寬為0.1 ns至5 ns，及為0.1 ns至1 ns。
在採用反向傳播之激發光22與22’的第二實施例中，二激發光束包含短激發光脈衝，短激發光脈衝經選擇以於兩個反向傳播之短激發光脈衝時域重疊處，產生具寬頻布理淵增益的穩定BDG 54(即寬頻BDG 54)。
此位置相距感測光纖50之輸入/輸出端52的距離為： 其中△t係發射激發光脈衝22與22’間的時間延遲。空間解析度△Z取決於較長激發光脈衝的脈寬τs：
具窄光譜頻寬的探測光32用於測定不同位置的溫度和應變。反射探測光32R的測量光譜為探測光光譜與BDG反射光譜的迴旋。此容許以窄線寬探測光32取得反射探測光32R的窄光譜寬度測量光譜，此對溫度或應變有較高測量靈敏度。故利用本文所述系統和方法，可同時獲得高空間解析度△Z和高測量靈敏度。
實際上，空間解析度△Z係感測距離Z(即相距感測光纖50之輸入/輸出端52的距離)的函數。下表1列出示例性感測距離Z和利用本文所述系統和方法可得的對應空間解析度△Z。
探測光功率與反射探測光功率演變
藉由解答非線性馬克士威爾(Maxwell)方程式，可得 激發光22和反射探測光32R的光功率演變。結果顯示，功率變化透過F因子而與感測光纖50的設計參數有關，F因子定義為： 其中和係下列定義的重疊積分： 和係激發和探測光有效面積：
在上式中，E 0 和E S 分別為激發光22和探測光32的電場，ρ u 係激發光產生的聲場，符號「*」表示場的共軛複數。F因子顯示光纖設計對探測光32和反射探測光32R之功率傳播的影響，且可用於就特定感測應用最佳化感測光纖50的設計。一般來說，F值較小代表BDG 54、激發光22和探測光32間有更有效的交互作用。
感測光纖的示例性設計
在一實例中，感測光纖50配置以增加較高階波導模態的截止波長而支持二或更多波導模態。第6圖為感測光纖50的示例性折射率分佈示意圖。感測光纖50包括核心56和披覆層58。核心56可由階狀指數分佈、漸變指 數分佈或其他更多複雜分佈定義。具適當△值和核心半徑r的核心56可支持預定數量的波導模態。第6圖圖示階狀指數核心分佈(實線)和漸變指數核心分佈(虛線)。
下表2至表4列出共8個感測光纖50的設計實例。所有實例具有階狀指數分佈。感測光纖50的核心△較佳為0.25%至1%(更佳為0.4%△0.7%)，核心半徑r較佳為4 μmr10 μm(更佳為5 μmr7 μm)。較佳地，感測光纖的F因子為76 μm2<F因子<312 μm2，例如100 μm2 F因子200 μm2。感測光纖的有效面積A有效較佳為50 μm2 A有效 150 μm2，例如50 μm2<A有效<100 μm2。
實例1至5具有兩種波導模態：LP01和LP11。在5個實例中，基本光波導模態與基本聲波導模態的重疊量為約0.99，LP11波導模態與基本聲波導模態的重疊量為約0.4。然較大核心△容許有較小核心半徑r。是以LP01和LP11波導模態的有效面積將變小，因而有較小F因子和較佳系統效率。
實例6至8具有4或5種波導模態。若LP01波導模態用於引導激發光22，則探測光32將由LP11、LP02或LP21波導模態和上述波導模態組合引導。若結合較高階波導模態來傳遞探測光32，則反射探測光32R將有多個不同波長的峰。又如實例6和8所示，如LP11之較高階波導模態可用於傳遞激發光22。在此情況下，基本波導模態LP01或另一較高階波導模態可用來傳遞探測光32。再者，實例6至8顯示，較大的△值能有較小的F 因子和較高的系統效率。
實驗結果
於第1圖系統10施行前四個實驗。激發光源20配置成如第2A圖所示做為主振盪器功率放大器(MOPA)，MOPA具有線寬小於1千赫(kHz)的單頻光纖雷射24和單模光纖放大器26。光纖雷射24的波長為1550.134 nm。探測光源30配置成如第2B圖所示做為MOPA，MOPA具有線寬約700 kHz的可調半導體雷射34和單模光纖放大器36。可調半導體雷射34可在1500 nm至1580 nm之間調整且最小調整步距為0.001 nm。光譜頻寬1 nm的可調光學濾波器27用於過濾激發波長頻寬外的自發放射(參見第2A圖)。
用於二MOPA中構成激發與探測光源20、30的所有光纖60呈單一波導模態。探測光源30採行自由空間光學耦接(參見如第2B圖的光耦合光學系統80)至1×2多模光耦器40-2的輸入埠之一。
注意藉由適當設定探測MOPA之輸出單模光纖尾與多模光耦器40-2之輸入多模光纖尾(光纖區段F2)間的偏移，可選擇多模感測光纖50支持的激發波導模態。如上所述，1×2多模光耦器40-1接著結合探測光32與激發光22。結合的激發光22與探測光32經由多模光纖循環器42(參見第1B圖)發射到感測光纖50內。
光耦器40-1與40-2的耦合比為約50：50。激發MOPA的輸出單模光纖尾和第二光耦器的輸入多模光纖尾乃中心至中心接疋，以只激發感測光纖50的基本波導模態。故在第1圖中，光纖區段F1實際上包含兩個接疋光纖區段。光譜放大器型接收器100監測出自數模光纖的反射光。
第一實驗
在第一實驗中，感測光纖50長16.16公里(km)且由 基本波導模態LP01和高階波導模態LP11支持。基本波導模態的波導模態場直徑為14.2 μm，1550 nm處的損失為0.188 dB/km。激發光22只以LP01傳遞。又，藉由適當設定MOPA探測光源30之輸出單模光纖尾(光纖60)與多模光耦器之輸入多模光纖尾(光纖區段F2)間的偏移，可讓探測光32只激發LP11波導模態。
第7A圖圖示當探測光32的波長λ2就LP11波導模態調整為BDG 54的波長(激發光與探測光的波長關係符合式(2a))時，接收器100測量感測光纖50的反射光測量光譜。發射到感測光纖50的激發光與探測光功率分別為約375毫瓦(mW)和約5.6 mW。
第7B圖圖示激發光22(LP01)、探測光32(LP11)與探測反射光32R的波長關係。如第7A圖所示，右邊1550.224 nm處的最高峰係激發光22的SBS，左邊第二個峰(1550.134 nm處)係激發光22於數模光纖中的瑞利散射反射。SBS的波長偏移為△λ=0.09 nm，此相當於11.25秭赫(GHz)的布理淵頻移。1548.69 nm處的峰係探測光32於數模光纖中的瑞利散射反射，1548.78 nm處的峰係出自BDG 54的反射探測光32R。反射探測光32R的波長偏移(頻移)為△λ=0.09 nm(11.25 GHz)，此和激發光22的布理淵頻移一樣。
激發光22與探測光32的波長差異△λ為約1.444 nm，此相當於LP01與LP11波導模態間的有效折射率差異為約1.329×10-3。由於探測光SBS和反射探測光32R有相同 波長，故應確認-1548.78 nm處的波長峰不是由探測光SBS、而是由激發光22構成的BDG 54反射引起。
為進行確認，就系統10的以下兩種不同操作狀態，測量感測光纖50的反射光光譜：(1)激發光放大器26開，探測光源30開，及(2)激發光放大器26關，探測光源30開。
第8圖圖示該二操作狀態的測量光譜。當激發光放大器26關斷(「PUMP OFF」)時，左邊算起的第二個峰從「PUMP ON」曲線消失，此係因激發光功率降低造成BDG 54消失(或反射率下降)所致。此亦可確定左邊第二個峰不是由探測光32的SBS引起。
第9圖圖示探測光32(LP11波導模態)的測量BDG光譜。3 dB反射頻寬△v為約0.75 GHz，此遠比SBS增益光譜的典型光譜寬度寬。咸信沿著感測光纖50的不均勻性會造成BDG 54的反射頻寬變寬。
第10圖圖示反射探測光32R之正規化功率隨激發光功率的變化。配適曲線指示反射探測光32R的功率隨激發光22的功率增加呈指數成長。
第二實驗
在第二實驗中，使用長5.5 km的感測光纖50。感測光纖50具有階狀指數分佈，核心56與披覆層58間的折射率差異△為約0.34%，核心半徑r為約6.9 μm。基本波導模態的波導模態場直徑為約12.8 μm。感測光纖50配置以僅支持基本波導模態(LP01)和高階波導模態 (LP11)。
將激發光22引入感測光纖50，使激發光22只以LP01波導模態行進。藉由適當設定MOPA探測光源30之輸出單模光纖尾(即單模光纖60)與多模光耦器之輸入多模光纖尾(即光纖區段F2)間的偏移，可讓探測光32只激發LP11波導模態。
第11圖圖示當激發光22和探測光32分別以LP01和LP11波導模態行進時，接收器100測量感測光纖50的反射光光譜。發射到感測光纖50的激發光與探測光功率分別為約375 mW和約5.6 mW。激發光22和探測光32的波長分別為λ1=1550.134 nm和λ2=1548.017 nm。
再者，可清楚看到探測光32的反射峰，該反射峰從探測光波長向上偏移0.09 nm(布理淵波長偏移△λB)。第12圖圖示探測光(LP11波導模態)的測量BDG光譜。3 dB反射頻寬△v為約4.375 GHz，此為第一實例感測光纖50的約6倍大。鑒於第二實例感測光纖50的長度僅為第一實例感測光纖的三分之一，第二感測光纖的光纖均勻性應遠比第一感測光纖差。此表示使用短脈衝形式的探測光32可偵測BDG 54的均勻性。
第三實驗
在以上兩個實驗中，探測光波導模態(LP11)的階級高於激發光波導模態(LP01)的階級。在第三實驗中，用於探測光32的波導模態階級比激發光22低。
在第三實驗中，實驗裝配與第1B圖所示實質相同，除 了光學耦接至探測光源30的光纖區段F2中心至中心接疋多模光耦器40的輸入之一，以激發感測光纖50的LP01波導模態。光學耦接至激發光源20的光纖區段F1自由空間耦接至多模光耦器40的另一輸入，以激發感測光纖50的LP11波導模態。
感測光纖50長10 km，波導模態場直徑約12 μm且只支持基本波導模態(LP01)和高階波導模態(LP11)。核心56與披覆層58間的折射率差異△為約0.4%。
將激發光22提供至感測光纖50，使激發光22以LP11波導模態傳遞。將探測光32提供至感測光纖50，使探測光32由LP01波導模態支持。第13圖圖示當激發光22和探測光32分別以LP11和LP01波導模態行進時，接收器100測量感測光纖50的反射光光譜。發射到感測光纖50的激發光與探測光功率分別為約500 mW和約5.6 mW。激發光和探測光的波長分別為λ1=1550.134 nm和λ2=1551.654 nm。再者，可清楚看到反射探測光32R的反射峰，該反射峰從探測光波長λ2向上偏移0.09 nm(布理淵波長偏移△λB)。
第四實驗
在以上三個實驗中，探測光32和激發光22均為CW。在第四實驗中，探測光係脈寬1 ns的脈衝。系統10配置與第1B圖所示實質相同，其中探測光源30包括1 ns脈衝雷射源，脈衝雷射源採用光調變器(未圖示)，光調變器插在可調雷射34與光放大器之間(參見第3B圖)。 探測光32包括重複率100 kHz的1 ns脈衝。感測光纖50為和上述第一實驗所用光纖一樣的16 km光纖。激發光22以LP01波導模態傳遞。又，藉由適當設定MOPA探測光源30之輸出單模光纖尾與多模光耦器之輸入多模光纖尾(即光纖區段F2)間的偏移，可讓探測光32只激發感測光纖50的LP11波導模態。
第14圖圖示光譜分析儀型接收器100測量感測光纖50的反射光測量光譜，其中探測光32的波長就LP11波導模態調整為BDG 54的波長，如此激發光與探測光的波長關係符合式(2a)。第14圖曲線為激發光開、關時的測量光譜。發射到感測光纖50的激發光和平均探測光功率分別為約390 mW和約10 mW。
再者，可清楚看到探測光32的反射峰，該反射峰從探測光波長向上偏移0.09 nm(布理淵波長偏移△λB)。
第五實驗：證實同時測量應變與溫度的可行性-測量感測光纖50(數模光纖(FMF))的應變與溫度係數K λ ε 和K λ T
利用第15圖所示系統施行實驗。參照第15圖，利用FMF干涉儀200，測量感測光纖50的FMF應變和溫度係數Kλ ε和Kλ T。干涉儀200包括兩件標準單模光纖(SMF)55A和55B(即在1550 nm呈單模)和一件長23.3 cm的FMF(感測光纖50)，此FMF類似第一實驗所用者。如第15圖所示，FMF(感測光纖50)在兩件SMF 55A與55B間接疋。在輸入側，感測光纖50和SMF 55A以適當偏移二光纖之核心軸的方式接疋在一起，以激發FMF的基本(LP01)和第一高階模態(LP11)。在輸出側，感測光纖50和SMF 55B亦偏移設置。光纖尾寬頻(1535-1561 nm)光源210連接至SMF 55A的輸入端。利用光譜分析儀220，監測干涉儀(SMF光纖55B的輸出端)的輸出光。因LP01與LP11模態間的有效光徑長度差異所致，輸出光譜將出現干涉條紋。在輸出處，當滿足下式時，LP01與LP11模態的光為同相： 其中△n有效係LP01與LP11模態間的有效折射率差異，L係FMF的長度，λ係真空下的光波長，m係整數。當應變施加至數模光纖(感測光纖50)時，第m個同相峰的波長會隨應變(dε)導致的FMF長度變化(dl)而改變。波長變化可表示為： 其中：
是以第m個同相峰的波長與應變造成之光纖長度變化間的關係為： 其中λ0係無應變施加至FMF時，第m個同相峰的波長，△L係應變造成的FMF長度變化。
若Bε△L/L<<1，則式(14)變成：
故激發光與探測光波長差異的應變係數Kλ ε可從下式而得： 其中n有效，p係激發光模態的有效折射率，△λ0和△n有效，0分別係無應變施加至光纖時，激發光模態與探測光模態間(或LP01與LP11模態間)的波長和有效折射率差異。
第m個同相峰隨溫度變異的波長變化可寫成：dλ=λB T dT (17)，其中：
是以第m個同相峰的波長與溫度變化間的關係為： 其中λ0係第m個同相峰在初始溫度T0下的波長。
若BT(T-T0)=BT△T<<1，則式(18)變成：λ=λ 0(1+B T △T) (19)，故激發光與探測光波長差異的溫度係數Kλ T可從下式而得： 其中△λ0和△n有效，0分別係溫度為T0時，激發光模態與探測光模態間(或LP01與LP11模態間)的波長和有效折射率差異。
為測量應變係數，把FMF的一端固定於杆柱，另一端附接於微米移動平臺。藉由移動移動平臺，可施加應變至FMF而造成FMF的長度改變。評估透射光譜相對FMF長度改變的變化。更具體而言，第16圖圖示干涉儀200的透射光譜(強度為波長函數)，並亦圖示干涉儀200隨FMF長度變化△L的透射光譜變化。透射光譜係於第二SMF端測量的輸出光譜減去於輸入端提供至第一SMF光纖的輸入光譜。第16圖圖示6條曲線，各曲線對應不同的△L值，其中△L依100 μm增量從△L=0 μm變為△L=500 μm。從圖清楚可見，透射光譜隨應變增加而偏移到短波長側。更具體而言，第16圖圖示對應左邊算起第四個透射光強度峰(參見箭頭)的峰波長從約1590 nm(△L=0，B點)變成約1584 nm(A點)(△L=500 μm)。
第17圖為相應FMF長度變化△L的波長測量圖(對應第16圖的第四峰)，圖並繪示第四個透射峰對△L的峰波長配適曲線。圖左側對應B點(△L=0)，圖右側對應A點(△L=500 μm)。配適曲線對應下式：λ=a△L+b，a=-0.01060 nm/μm，b=1589.5073 nm。由此可計算Bε=-1.5544e-6/με。考慮測量參數：λp=1550 nm，△n有效=1.386×10-3和n有效=1.47，可得FMF在激發光與探測光波長差異下的應變係數Kλ ε為K λ ε =-0.002269 pm/με。
為測量溫度係數，把FMF鬆散地放入溫度室。接著，使FMF經歷不同溫度，以評估透射光譜相對溫度改變的變化。溫度從9℃變成88℃。更具體而言，第18圖圖示干涉儀200的透射光譜(強度為波長函數)，並亦圖示干涉儀200隨溫度變化的透射光譜變化。第18圖圖示6條曲線，各曲線對應不同溫度，溫度從T=9℃的初始溫度變成88℃的最終溫度。從圖清楚可見，透射光譜隨溫度增加而偏移到短波長側。更具體而言，第18圖圖示對應左邊算起第二個透射光強度峰的峰波長從約1571.7 nm(T=9℃)變成約1570.5 nm(T=88℃)。第19圖圖示透射光譜變化，更具體而言為第18圖所示右側同相峰隨溫度的波長變化。第19圖亦圖示峰波長對溫度的最佳配適曲線。配適曲線可以下式表示：λ=a△T+b，a=-0.01742 nm/℃，b=1571.9004 nm。由此可得BT=-1.1083×10-5/℃。考慮測量參數：λp=1550 nm，△n有效=1.386×10-3和n有效=1.47，可得FMF在激發光與探測光波長差異下的溫度係數Kλ T為K λ T =-0.016197 pm/℃。
測量FMF的應變和溫度係數K v ε 和K v T
利用第20圖所示系統來施行實驗。第20圖圖示示例性實驗系統300，用以測量當應變或溫度差異施加至FMF(感測光纖50)時引起的布理淵頻移(BFS)變化。系統300包括DFB雷射源305，雷射源305經由循環器42提供光至感測光纖50。輸入光進入光循環器的埠P1及經由循環器的埠P2進入感測光纖50的輸入/輸出端52。 出自感測光纖50的光接著經由輸入/輸出端52回到循環器42的埠P2，由此光經由光循環器的埠P3和50：50之光耦器330尋徑朝向光偵測器102。接著利用處理器104(例如光譜分析儀320)，分析光偵測器102的輸出。更具體而言，出自DFB雷射源305的光例如由90：10之光耦器330A分裂成兩個部分。一部分(例如90%)利用一或更多放大器(例如半導體光放大器(SOA)315A和鉺(Er)摻雜光纖放大器315B)放大，並如上所述朝感測光纖50發送，另一部分(例如10%)直接提供至光耦器330。光偵測器102從而自光耦器330接收DFB雷射提供的輸入光(未經感測光纖50改質)和感測光纖50提供的光輸出(布理淵散射光)，光輸出包括布理淵頻移(BFS)的資訊。兩個光部分的頻率差異(或布理淵頻移)將隨應變及/或溫度變化。第21圖為BFS值(με)相應應變圖，圖並繪示BFS對感測光纖50(FMF)之應變的最佳配適線性曲線。由配適函數(vB=aε+b，a=0.0143 MHz/με，b=10.9267 GHz)可知，FMF的應變係數Kv ε為K v ε =0.0143 MHz/με。第22圖圖示BFS值相應溫度的曲線和對應的最佳配適函數。由配適函數(vB=aT+b，a=0.9005 MHz/℃，b=10.9105 GHz)可知，FMF的溫度係數Kv T為K v T =0.9005 MHz/℃。測量FMF的應變和溫度係數為K λ ε =-0.00227 pm/με，K λ T =-0.01610 pm/℃，K v ε =0.0143 MHz/με，K v T =0.9005 MHz/℃，由此可得：K λ ε K v T -K λ T K v ε =-0.00181 pm．MHz/με．℃。
故藉由測量BFS的變化(δvB)和探測光與激發光的波長差異(δ(△λ))(在此亦稱為探測光與激發光的波長離距)及解答下式，可達成同時測量應變和溫度變動：
雖然本發明已參照實施例和特定實例揭示如上，然一般技術人士將清楚明白，其他實施例和實例也可執行類似功能及/或達到類似結果。所有此類實施例和實例皆落在本發明的精神和範圍內，並擬為後附申請專利範圍所包含。一般技術人士亦明白，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可對本發明作各種更動與潤飾。因此本發明擬涵蓋本發明後附申請專利範圍所界定的變化、修改與均等物。
10‧‧‧系統
20、20’‧‧‧激發光源
22、22’‧‧‧激發光
24、34‧‧‧光纖雷射
26、36‧‧‧放大器
27‧‧‧濾波器
30‧‧‧探測光源
32‧‧‧探測光
32R‧‧‧反射探測光
40、40-1、40-2‧‧‧光耦器
42‧‧‧循環器
50‧‧‧感測光纖
52‧‧‧輸入/輸出端
54‧‧‧BDG
55A、55B‧‧‧單模光纖
56‧‧‧核心
58‧‧‧披覆層
60‧‧‧光纖
70‧‧‧耦合構件
71‧‧‧模態轉換器
80‧‧‧光學系統
100‧‧‧接收器
102‧‧‧光偵測單元
104‧‧‧處理單元
106‧‧‧記憶單元
110‧‧‧光偵測器
112‧‧‧偵測器
200‧‧‧干涉儀
210‧‧‧光源
220‧‧‧光譜分析儀
300‧‧‧系統
305‧‧‧雷射源
315A、315B‧‧‧放大器
320‧‧‧光譜分析儀
330、330A‧‧‧光耦器
F1-F5‧‧‧光纖區段
P1-P3‧‧‧埠
第1A圖為根據本發明之示例性分散式布理淵感測系統實施例的示意圖；第1B圖為根據本發明之另一示例性分散式布理淵感測系統實施例的示意圖；第2A圖及第2B圖為激發光源(第2A圖)和探測光源(第2B圖)的示例性實施例示意圖；第3A圖為用於第1A圖系統的示例性接收器示意圖；第3B圖為第1B圖所示系統構造之示例性探測光源和接收器部分的示意圖； 第4A圖為感測光纖的輸入/輸出端示意圖，第4A圖圖示激發光、探測光、反射探測光和BDG的示例性構造，BDG經由激發光的SBS形成於感測光纖；第4B圖類似第4A圖且進一步圖示示例性構造，其中採用在感測光纖中反向行進的第一和第二激發光；第5A圖為頻譜，頻譜圖示當激發光由比探測光之波導模態低階的波導模態支持時，感測過程涉及的相關頻率；第5B圖類似第5A圖且圖示當激發光由比探測光之波導模態高階的波導模態支持時，感測過程涉及的相關頻率；第6圖為感測光纖的示例性折射率分佈示意圖；第7A圖圖示在第一實驗中，接收器測量感測光纖的反射光測量光譜，其中激發光和探測光分別由LP01和LP11波導模態支持；第7B圖圖示激發光(LP01)、探測光(LP11)與探測反射光的波長關係；第8圖圖示接收器測量感測系統的兩種不同操作狀態的測量光譜，以確定1548.78奈米處的波長峰不是由探測光的SBS而是由激發光形成的BDG反射引起；第9圖圖示探測光(LP11波導模態)的測量BDG光譜；第10圖圖示正規化反射探測光功率隨激發光功率的變化；第11圖圖示在第二實驗中，接收器測量感測光纖的反射光光譜，其中激發光和探測光分別由LP01和LP11波導 模態支持；第12圖圖示在第二實驗中，探測光(LP11波導模態)的測量BDG光譜；第13圖圖示在第三實驗中，接收器測量感測光纖的反射光光譜，其中激發光和探測光分別由LP01和LP11波導模態支持；第14圖圖示在第四實驗中，接收器就兩種不同操作狀態測量感測光纖的反射光光譜，其中激發光和探測光分別由LP01和LP11波導模態支持；第15圖為干涉儀的示意圖，用以測量數模光纖(FMF)中的應變和溫度係數；第16圖圖示第15圖干涉儀因FMF的長度改變所造成的透射光譜變化；第17圖為隨FMF的長度變化(△L)的測量峰波長(強度極大值)圖，該峰波長對應從第16圖左邊算起的第四個透射峰；第18圖圖示干涉儀隨溫度變化的透射光譜；第19圖為第18圖所示右邊透射峰(強度極大值)對溫度的峰波長圖；第20圖圖示實驗系統，用以測量FMF因應變和溫度改變產生的布理淵頻移(BFS)變化；第21圖圖示第20圖FMF隨應變變化的測量BFS資料圖，圖並繪示經由此資料的最佳配適線性曲線；以及第22圖圖示第20圖FMF隨溫度變化的測量BFS資料 圖，圖並繪示經由此資料的最佳配適線性曲線。
10‧‧‧系統
20、20’‧‧‧激發光源
22、22’‧‧‧激發光
30‧‧‧探測光源
32‧‧‧探測光
32R‧‧‧反射探測光
40-1、40-2‧‧‧光耦器
50‧‧‧感測光纖
52‧‧‧輸入/輸出端
54‧‧‧BDG
100‧‧‧接收器
F1-F4‧‧‧光纖區段

Claims (22)

  1. 一種分散式布理淵光纖感測系統，包含：一感測光纖，該感測光纖經配置以支持一基本波導模態和至少一較高階波導模態；一激發光源，該激發光源經配置以將一激發光引入該等波導模態之一，以定義一激發光波導模態，該激發光形成一布理淵動態光柵(BDG)；一探測光源，該探測光源經配置以將一輸入探測光引入除該激發光波導模態外的一或更多波導模態，以產生出自該BDG的一反射探測光，該反射探測光和該輸入探測光的頻率偏移了一布理淵頻移；以及一接收器，該接收器光學耦接至該感測光纖且經配置以偵測該反射探測光，以測定一布理淵頻移和該探測光的一反射位置。
  2. 如請求項1所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該接收器經光學配置以(i)偵測該探測光與該激發光之間的波長離距，及(ii)同時測定該感測光纖中隨沿著該感測光纖之距離變化的溫度和應變。
  3. 如請求項1或2所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該探測光源係波長可調。
  4. 如請求項1或2所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該激發光源包含：一連續波(CW)光源或一脈衝光源。
  5. 如請求項1或2所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該激發光具有：500奈米至1600奈米之一波長。
  6. 如請求項1或2所述之分散式布理淵光纖感測系統，進一步包含：該光纖，具有一輸入或輸出端，該探測光反射位置相距該輸入或輸出端一距離，該系統具有該距離的一空間解析度，該距離小於1公尺至大於或等於1公分。
  7. 如請求項6所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該探測光具有：小於10奈秒的一脈寬。
  8. 如請求項6所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該探測光具有：0.1奈秒至5奈秒的一脈寬。
  9. 如請求項1或2所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該激發光源包含：頻率ν的一第一激發光源和頻率ν-ν B 的一第二激發光源，該第一激發光源光學耦接至該感測光纖的一端，該第二激發光源光學耦接至該感測光纖相對該第一激發光源的一端，使得一第二激發光與一 第一激發光互相作用而形成該BDG。
  10. 如請求項1所述之分散式布理淵光纖感測系統，進一步包含：該接收器經配置以測定該感測光纖中隨沿著該感測光纖之距離變化的至少一溫度與應變。
  11. 一種分散式布理淵光纖感測系統，包含：一感測光纖，該感測光纖經配置以支持至少一第一波導模態與一第二波導模態；一第一激發光源，該第一激發光源光學耦接至該感測光纖，且該第一激發光源經配置以產生一第一激發光，該第一激發光在該感測光纖中以該第一波導模態行進，並且形成一布理淵動態光柵(BDG)，該BDG含有該感測光纖的一局部布理淵頻率資訊；一探測光源，該探測光源耦接至該感測光纖，該探測光源經配置以產生一脈衝探測光，該脈衝探測光在該感測光纖中以該第二波導模態行進，該脈衝探測光具有：經選擇的一波長，使得至少一部分的該脈衝探測光從該布理淵動態光柵反射，並且包括該局部布理淵頻率相關資訊和一探測光反射位置；以及一接收器，該接收器光學耦接至該感測光纖，且該接收器經配置以接收該反射探測光及測定該局部布理淵頻率、該反射位置和沿著該感測光纖的至少一條件。
  12. 如請求項11所述之分散式布理淵光纖感測系統，其中該接收器經配置以接收該激發光與該探測光之間的波長離距和沿著該感測光纖的至少二條件，其中該等至少二條件包括：隨相距該感測光纖之一輸入或輸出端的距離變化的溫度和應變。
  13. 如請求項11及12所述之分散式布理淵光纖感測系統，進一步包含下列至少一者：(i)該第一波導模態係該感測光纖的一基本波導模態，且該第二波導模態係該感測光纖的一較高階波導模態；(ii)以一空間解析度△Z，感測該等二條件的至少一個條件，1公分 △Z 1公尺；(iii)該脈衝探測光具有：小於10奈秒的一脈寬。
  14. 一種沿著一感測光纖感測至少一條件的方法，該方法包含以下步驟：只以該感測光纖支持的一第一波導模態往該光纖下方發送一激發光，以產生一布理淵動態光柵；以該感測光纖支持的至少一第二波導模態往該光纖下方發送具一第一頻率的一脈衝探測光，以得到從該布理淵動態光柵反射的一反射探測光，該反射探測光具有相對該第一頻率偏移一頻移的一第二頻率且具有一反射位置；以及分析該反射探測光的該頻移和該反射位置，以測定該至少一條件。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：分析該反射探測光的該頻移、該反射位置和該探測光與該激發光之間的波長離距，以測定至少二條件。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該等至少二條件包括：溫度和應變。
  17. 如請求項14或15所述之方法，進一步包含以下步驟：(i)該探測訊號具有：小於10奈秒的一脈寬；及(或)(ii)以一空間解析度△Z，感測該至等少二條件的至少一者，1公分 △Z 1公尺；及(或)(iii)朝一第一反向傳播方向與一第二反向傳播方向，往該光纖下方發送該激發光而形成該布理淵動態光柵。
  18. 如請求項14或15所述之方法，其中該第一波導模態係該感測光纖的一基本模態。
  19. 一種感測光纖，包含：一數模核心，該數模核心的一核心半徑r為4微米(μm)r10μm，且該數模核心的一F因子(μm2)為76μm2至306μm2。
  20. 一種感測光纖，包含：一數模核心，該數模核心的一核心△為0.25%至1%，且一核心半徑r為4至10微 米，一F因子為100μm2 F因子200μm2，一有效面積A有效為50μm2 A有效 150μm2。
  21. 如請求項20所述之感測光纖，其中該核心半徑r為5μmr7μm，且該核心△為0.4%至0.7%。
  22. 一種分散式布理淵光纖感測系統，包含：一感測光纖，該感測光纖經配置以支持一基本波導模態和至少一較高階波導模態，該感測光纖的一核心半徑r為4μmr10μm，且該感測光纖的一F因子(μm2)為76μm2至306μm2；一激發光源，該激發光源經配置以將一激發光引入該等波導模態之一，以定義一激發光波導模態，該激發光形成一布理淵動態光柵(BDG)；以及一探測光源，該探測光源經配置以將一輸入探測光引入除該激發光波導模態外的一或更多波導模態，以產生出自該BDG的一反射探測光，該反射探測光和該輸入探測光的頻率偏移了一布理淵波長偏移。
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