10JLT Distributed Brillouin fiber sensor assisted by first-order Raman amplification
此文應是最早分析拉曼放大與BOTDA結合的文章，分析了3種結構的拉曼放大：和泵浦脈沖光方向同向、反向以及雙向。注意受激拉曼散射和受激布里淵散射類似，頻移量由非線性介質決定。但他們之間存在顯著不同：1.單模光纖中的受激拉曼散射產生的斯托克斯朝前后兩個方向傳輸，受激布里淵散射產生的斯托克斯后向傳輸。2.SRS斯托克斯頻移(10THz)SBS(10GHz) 3.SBS閾值泵浦功率與泵浦波譜寬有關，對連續波泵浦或較寬脈沖(>1us)，其閾值可低于1mW，對于脈寬小于1ns的脈沖，SBS幾乎不會發生。所有這些不同源于一個基本差別，SBS參與的是聲學聲子，SRS參與的是光學聲子。
文中對拉曼放大的BOTDA系統中泵浦脈沖光、探測光以及拉曼泵浦光沿光纖的功率分布有詳細分析和理論建模。
如果泵浦光功率太低，則增益太低對比度不夠高；如果泵浦光功率太高，過度的泵浦消耗又會導致BFS測量不準。因此采用拉曼放大來提高傳感距離。拉曼頻移在光纖中為13THz，遠大于布里淵頻移11GHz，因此采用1455nm拉曼泵浦，其增益帶寬在幾個nm，因此BOTDA中1550波段的泵浦和探測光可以看做在相同波長，均在拉曼增益范圍內。
文中提出為了避免泵浦脈沖消耗引起的非本地效應，拉曼泵浦也不能太大，最佳值是每個邊帶300mW，此外還要對泵浦脈沖光和探測光進行優化，避免布里淵增益飽和。
實驗裝置如下圖：在傳統BOTDA基礎上引入拉曼放大，具體是在傳感光纖兩側注入拉曼泵浦?？刂茍D中X,Y的開關組合來實現同向、反向和雙向泵浦。
實驗重要參數：
無拉曼放大：泵浦4.7mW 20ns探測光5.2μW
雙向放大：3.2mW 20ns? 0.4μW 305 mW on eachside
同向放大：1.9mW?20ns 1.7μW 355mW
反向放大：18.8mW 20ns 0.25μW 302mW
測得布里淵增益實驗結果如下：
從中可以看出：
反向泵浦增益的對比度最大，這與其泵浦脈沖光功率大有關，當然其噪聲也大。
雙向泵浦也能獲得不錯的增益對比度，同時其增益沿整個光纖變化平攤，這對探測器動態范圍要求降低，是其最大的優點。
同向泵浦效果最差，在末端與不用拉曼放大的傳統BOTDA幾乎一樣。
無拉曼放大的傳統BOTDA噪聲最小，因為加入拉曼放大會引入相關強度噪聲(相關文獻)。
本文同時探究了不同結構拉曼放大對布里淵增益譜譜寬的影響
反向泵浦結構中布里淵增益譜展寬最嚴重，可能是由于泵浦脈沖光功率過大引發自相位調制導致頻譜展寬。
最終實驗結果：
加入拉曼放大后，三種結構均在在75km上實現了2m空間分辨率。
10OE Brillouin optical time-domain analysis assisted by second-order Raman amplification
此文在上篇文章基礎上，選擇采用雙向拉曼放大結構，并引入二級拉曼放大。原理是通過適當的拉曼泵浦(1365nm)，使一級斯托克斯光得到的拉曼增益足以克服其經歷的損耗，使其功率在整條光纖上均勻分布。再使用此一級斯托克斯光充當二級泵浦(1455nm)，其功率沿光纖均勻分布的特性可以對BOTDA系統中的泵浦脈沖光(1550nm)在整條光纖上提供均勻的拉曼增益
實驗裝置如下所示：
與一級拉曼放大的BOTDA基本一致，區別是其拉曼泵浦改用1365nm，并在傳感光纖兩端各引入了一個1455nm光柵。注意改裝置采用的是雙向拉曼放大。
注意文中采用了NOLM來提升泵浦脈沖的消光比，大于50dB。
50km采用二級雙向拉曼泵浦實驗結果：
紅線——無拉曼放大實驗結果 脈沖泵浦光13.5mW 40ns 探測光0.5 μW
綠線——二級拉曼放大實驗結果 拉曼泵浦各邊帶470mW，脈沖泵浦光7.5 mW 40ns ?探測光0.7 μW
藍線——二級拉曼放大仿真結果
黑虛線——一級拉曼放大仿真結果
從結果可以看出二級拉曼放大的BOTDA系統優點是：
增益在整個光纖上分布均勻，功率波動小于0.2dB。
缺點：與無拉曼增益結構相比，會引入比較大的RIN噪聲。
文中提到過短的脈沖會引起SPM導致光纖尾端的BGS展寬，對BFS測量產生影響，本文采用的解決方法是加大反向拉曼泵浦光功率，同過提高對比度來保證BFS測量準確。
100km對比實驗結果：
藍——傳統BOTDA?
紅——二級拉曼放大 反向940mW 前向540mW 泵浦脈沖光10mW 20ns 探測光2μW
可以看出，雖然引入二級拉曼放大后曲線噪聲大，但BFS測量誤差不超過3MHz。
二級拉曼放大最大的優點就是可以使測得增益曲線沿整個光纖平滑分布，降低探測器測量的動態范圍。
缺點是拉曼泵浦會引入相關強度噪聲。如果能降低RIN噪聲，可以使得傳感距離突破100km。
12OE Raman-assisted Brillouin optical time-domain analysis with sub-meter resolution over 100 km
此文將拉曼放大的BOTDA系統與DPP和后續RIN(相關強度)去噪算法結合，實現了100km上0.5m空間分辨率的測量。
由于DPP的引入，可以加大泵浦脈沖長度，這能夠一定程度上減弱SPM效應。
實驗裝置：
注意此裝置用SOA代替前文使用EOM+NOLM的結構來產生泵浦脈沖，消光比大于50dB
泵浦脈沖光6mW 探測光81μW 拉曼泵浦500mW(每個邊帶250mW)
實驗結果：
當采用65ns和55ns脈沖組成DPP時，結果如下
a加入去噪算法，b未加去噪算法，去噪前BFS測量誤差為5MHz，去噪后為3MHz。
當采用65ns和57ns脈沖組成DPP時，結果如下在100km上獲得cm級空間分辨，BFS測量誤差為6MHz。
總結：此文將DPP和拉曼放大結合，最大的優點就是借助DPP，可以避免為了提高空間分辨率而使用短脈沖所引起的自相位調制(SPM會導致光纖末端BGS展寬，帶來誤差)，使用較長的脈沖寬度還可以避免泵浦消耗引發的非本地效應。與拉曼放大結合后適合用于長距離BOTDA。同時本文所用的去RIN噪聲算法(文中有簡單介紹)對提升SNR有一定幫助。
12PTL Simplex-Coded BOTDA Sensor Over 120-km SMF With 1-m Spatial Resolution Assisted by Optimized Bidirectional Raman Amplification
方案：雙向拉曼放大+單一歸零碼調制格式 ? ?結果：120km 1m BFS分辨率為
文中首先提到當分辨率低于1m時，聲波衰減時間(10ns)會導致BGS展寬。也會導致布里淵增益衰減。這兩種都會導致BFS測量誤差變大。
此文中也有關于優化光功率的仿真。
前向傳輸數值仿真的目的就是，保障光纖尾端獲得最大泵浦脈沖光功率，同時又要保證在整條鏈路上其功率最大值要低于非線性效應閾值。
最大探測光功率取決于泵浦光的峰值功率，它決定了布里淵增益和泵浦消耗程度。所以后向仿真的目的就是獲得探測光最大的輸出信噪比，同時保證泵浦探測功率差在17.5dB來避免非本地效應。
實驗裝置如下:
注意用波形發生器產生127bit高功率歸零編碼。
此文也采用雙向結構，但前向用拉曼激光器，后向用兩個FP腔激光器(第RIN噪聲<130dB/Hz)通過正交偏振耦合器連接打入光纖，目的是降低拉曼偏振相關增益。
RZ和線性增益預放避免了編碼帶來的非線性失真。因此可以用標準線性解碼方式解碼。
重要實驗參數：24.6 dBm前向拉曼泵浦 ?25.8dBm后向拉曼泵浦 ? ?20dBm探測光功率 ??
10 dBm泵浦脈沖光功率
實驗結果：
小圖為光纖末端探測到的脈沖編碼：可以看出編碼后的脈沖經過拉曼放大不會失真，就和經過普通EDFA效果一樣。
從此圖可以看出，空間分辨率為1m。這是首次在120km上實現1m空間分辨率。BFS的分辨率用標準差衡量，從小圖中可以看出，最壞情況出現在100km附近，分辨率為1.3MHz。
總結：優點：將編碼和拉曼放大結合，實現了120km上1m空間分辨率，BFS分辨率為1.3MHz。
缺點：采用了3個拉曼激光器，成本大大提高。同時也沒有做用編碼和不用編碼的對比，不能確定此裝置性能的提升是因為編碼還是因為拉曼放大裝置的變化。
13OE Distributed Raman amplification using ultralong fiber laser with a ring cavity characteristics and sensing application
方案：雙向拉曼放大，前向采用2級泵浦的隨機激光器，后向采用級泵浦低噪激光器。
采用此結構目的：為了減輕二級拉曼放大本泵浦功率同時保證傳感距離，引入了1級泵浦。1級泵浦同樣采用兩個激光器。同樣采用正交偏振耦合器，消除偏振相關增益。
結果：傳感距離154.4km ? 空間分辨率5m ? BFS分辨率1.4℃
實驗裝置：
注意拉曼放大部分采用了FBG1(1454nm)來形成二級泵浦結構，目的是降低形成的隨機激光器閾值。同時該結構中探測光與低噪1455拉曼泵浦同向傳輸，與1366nm拉曼泵浦反向傳輸，因此可以通過較大的群速度走離來降低RIN噪聲。
重要實驗參數：33.7dBm@1366nm? ? 26dBm@1455nm? 泵浦脈沖光2.5dBm? 探測光-16dBm 注意采用了255bit歸零脈沖編碼 長度50ns
實驗結果：
圖(b)為不同光纖位置處BGS，可以看出非本地效應導致的BGS畸變沒有出現，這得益于對探測和泵浦光的優化。
從BFS圖中可以看出，實現了150km上5m空間分辨率，光纖末端最大BFS誤差為1.4MHz。
總結：優點：增加了傳感距離，同時此結構中低噪1級泵浦的引入降低了系統中的RIN噪聲，陶高了信噪比。
缺點：用了3個拉曼泵浦，增加成本，同時產生隨機激光需要大功率1366nm泵浦。
15OE Brillouin optical time-domain analysis sensor assisted by Brillouin distributed amplification of pump pulses
利用分布式布里淵放大(DBA)來補償泵浦消耗，可以避免傳統雙邊帶調制引起的非本地效應。同時，DBA不會像分布式拉曼放大(DRA)一樣引入噪聲， 因為打入的DBA泵浦跟探測光同向，而受激拉曼散射只能發生在后向。本文還利用DPP來避免布里淵增益瞬態變化帶來的自相位調制和脈沖變形。
優點：1.和DRA相比，閾值低，只需要mW級的泵浦就可以獲得較大增益。(SBS閾值低)
2.DBA增益帶寬可電控來適應脈沖頻譜，不會像DRA用幾十個納米的帶寬來放大很窄的頻譜，避免浪費。
3.DBA噪聲由于其方向性可以忽略。
缺點：對DBA泵浦的調制與對脈沖的發射需要同步，這樣來保證不會引入額外的噪聲。
同時如果BFS移動過大，需要對調制頻率進行調整，使其重新覆蓋泵浦。
文中提到：不能肆意加大脈沖光功率，因為會出現非線性效應(調制不穩、拉曼散射、自相位調制)。
方案：DBA+DPP
原理圖如下：
由于布里淵增益帶寬只有30MHz，用這么窄的帶寬放大泵浦脈沖會導致其頻譜畸變。因此需要對DBA泵浦進行調制，使其覆蓋較寬的范圍。
上圖為仿真結果：泵浦脈沖光的布里淵增益仿真。
如上所示對DBA泵浦進行調制使其呈現三角波形狀，頻率為80kHz，峰值拼差為125MHz。這樣可以將10ns的泵浦脈沖頻譜完全覆蓋。
實驗裝置：
主要參數 脈沖峰值功率22.4dBm ?10ns ?探測光各邊帶-8dBm 泵浦光4.7mW?
實驗結果：
不加和加DBA布里淵增益譜對比，可以看出加了DBA后，布里淵增益譜先衰減，后從中間位置開始增加，這是因為DBA和泵浦反向打，其增益與光功率成正比，因此泵浦在尾端獲得增益最大，也正是其需要補償的地方。
加DBA前后增益譜對比，可以看出加了DBA后，光纖尾端能獲得較好的BGS。
加入DBA后尾端信噪比也至少有10dB提升。
本文還進行了40/55nsDPP(紫色)和15ns(藍色)脈沖對比，光纖末端測得BGS如下，可看出使用DPP對BGS測量有較好提升，能測量出正確BFS。
總結：傳感長度50km 沒有空間分辨率實驗結果。采用DBA后可以提升SNR。與拉曼放大DRA相比，得益于受激布里淵后向放大機制，不會引入RIN噪聲。
16PTL DBA-based BOTDA using optical-comb pump and pulse coding with a single laser
本文提出了用光頻梳的方法來實現DBA，與上文所用方法相比，該方法不需要對DBA泵浦和脈沖光進行同步，也不需要考慮光纖中出現交大BFS變化時要調整對DBA的調制頻率。裝置復雜度降低。
實驗原理和裝置如下：
主要是采用電頻梳來產生光頻梳，因此光梳的間隔和個數在電域上可控。光頻梳與泵浦間距為布里淵頻移。
重要參數 泵浦脈沖光16dBm ? 探測光-13dBm ? DBA光頻梳1dBm
實驗結果：
可以看出DBA對尾端信噪比有較大提升，BGS寬度控制在75MHz范圍，SPM效應導致的頻譜展寬得到了一定程度的抑制。
結果：在50km上實現了3.2m空間分辨率，BFS誤差在1.6MHz。
總結：優點：只用了一個激光器來產生DBA泵浦，脈沖和探測光，跟上文比起來不需要控制同步等，實驗操作簡單。
缺點：DBA傳感長度還是沒有DRA長。
16OE BOTDA sensors enhanced using high-efficiency second-order distributed Brillouin amplification
本文采用二級拉曼泵浦，相對于一級拉曼泵浦，SNR有3dB提升。在99km上實現了5m空間分辨率和1.6℃測量精度。
優點：比一級泵浦在光纖尾端消耗嚴重，二級泵浦可以給予補償，從而是使得一級泵浦功率在成條光纖上較平坦分布，進而使得增益曲線較為平坦。
缺點：實驗裝置比一級泵浦放大復雜。
實驗參數：~6dBm 二級泵浦? ~1.5dBm 一級泵浦? ?56,?40,?24,?8, 8, 24, 40, 56 MHz?
探測光-15dBm ?脈沖光10dBm
實驗原理：
通過二級泵浦(~6dBm)產生布里淵斯托克斯光來充當一級泵浦，用一級泵浦(~1.5dBm)來補償脈沖光。
實驗裝置：
本文中的光頻梳也是采用電頻梳產生，通過EOM2調制到光頻上，形成一級泵浦。一級泵浦在通過EOM3調制成二級泵浦。
實驗結果：
99km上實現了5m空間分辨率，BFS對應的溫度測量精度在1.6℃。
