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超强激光科学卓越创新简报

(第七百五十九期)

2026年3月17日

上海光机所在基于大规模分集合并技术的长距离高信噪比Φ-OTDR系统研究中取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部在高性能分布式光纤声波传感技术研究中取得重要进展。研究团队提出并验证了一种基于1440级波长-频率-时间-空间（WFTS）大规模分集合并技术的相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）系统，有效解决了传统Φ-OTDR系统中传感距离与信噪比相互制约的难题。相关研究成果以“High-SNR Φ-OTDR based on the 1440-level diversity merging technique”为题，发表于Optics Express。

Φ-OTDR技术因其高灵敏度、大范围组网能力，在海洋声学、地球物理勘探、周界安防等领域具有广阔应用前景。然而，传统系统受限于微弱瑞利背向散射、光纤传输损耗、干涉衰落以及非线性效应等因素，难以兼顾长距离传输与高信噪比探测。

针对上述挑战，研究团队创新性地将波长、频率、时间和空间四种分集技术进行级联，在不显著增加硬件复杂度的前提下，实现了1440级的大规模分集合并。该方案通过多波长激光源、多频带调制、脉冲压缩技术以及时间维度上的信号平均，有效抑制了干涉衰落，显著提升了系统的信噪比。实验结果表明，该系统在20km传感距离上实现了-77.4dB@500Hz的平均底噪，相比传统Φ-OTDR系统，信噪比提升了28.5dB。同时，系统成功解调了70.63km处的100Hz外部扰动信号，验证了其超长距离探测能力。该技术为构建高性能、长距离的分布式声波传感系统提供了有效技术路径，有望推动其在海洋安全监测、地质资源勘探等领域的应用。

相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科学技术委员会以及中国科学院青年创新促进会的支持。（空天激光技术与系统部供稿）

原文链接

图1 基于大规模分集合并技术的Φ-OTDR系统示意图

图2 实验结果 (a) 20km处多系统功率谱密度对比；(b) 70.63km处1440级分集合并Φ-OTDR系统功率谱密度

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