在現(xiàn)代科技蓬勃發(fā)展的浪潮中，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)憑借獨(dú)特優(yōu)勢，成為眾多關(guān)鍵領(lǐng)域的“得力助手”。其中，光頻域反射（OFDR）技術(shù)以高空間分辨率和大動(dòng)態(tài)范圍脫穎而出，在航空航天領(lǐng)域助力監(jiān)測飛行器結(jié)構(gòu)健康狀況、在醫(yī)療介入器械中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與操作、在土木工程里保障大型建筑和橋梁的安全穩(wěn)固，應(yīng)用前景極為廣闊。然而，一項(xiàng)關(guān)鍵難題卻如影隨形，嚴(yán)重制約著OFDR技術(shù)進(jìn)一步施展拳腳，那便是可調(diào)諧激光光源的非理想調(diào)諧問題。

    在實(shí)際復(fù)雜的工況環(huán)境下，可調(diào)諧激光光源就像一個(gè)“脆弱的舞者”，極易受到溫度、電壓波動(dòng)等系統(tǒng)隨機(jī)因素干擾，導(dǎo)致輸出相位難以維持穩(wěn)定的線性啁啾，調(diào)諧速率也變得飄忽不定。這看似微小的變化，卻在OFDR系統(tǒng)中掀起“驚濤駭浪”。原本清晰穩(wěn)定的單頻干涉信號(hào)，因光源非理想調(diào)諧而變得模糊、展寬，如同原本精準(zhǔn)的導(dǎo)航信號(hào)出現(xiàn)偏差，使得OFDR系統(tǒng)的性能大打折扣，應(yīng)變解調(diào)精度難以保證。
    南方科技大學(xué)沈平教授、黨竑副研究員團(tuán)隊(duì)敏銳地捕捉到這一關(guān)鍵問題，展開深入研究。為了精準(zhǔn)剖析激光光源相位噪聲對(duì)OFDR應(yīng)變解調(diào)的影響，團(tuán)隊(duì)建立了專業(yè)的光源相位調(diào)諧模型。通過對(duì)可調(diào)諧激光光源可能出現(xiàn)的各種非理想調(diào)諧形式進(jìn)行細(xì)致分析，并結(jié)合實(shí)際測量的光源相位調(diào)諧曲線，進(jìn)行大量仿真實(shí)驗(yàn)。

    研究發(fā)現(xiàn)，相位非理想調(diào)諧主要包含多項(xiàng)式非理想調(diào)諧和隨機(jī)相位抖動(dòng)兩種形式。當(dāng)擬合多項(xiàng)式幅度增加時(shí)，應(yīng)變測量的“精準(zhǔn)度大廈”開始動(dòng)搖，定位精度首當(dāng)其沖受到影響，接著應(yīng)變計(jì)算結(jié)果也出現(xiàn)偏差。一旦多項(xiàng)式幅度的α值超過0.125rad，分布式應(yīng)變測量誤差就會(huì)突破4%，并且隨著α值增大不斷攀升。而隨機(jī)相位抖動(dòng)同樣不容小覷，當(dāng)抖動(dòng)幅度大于0.3rad后，對(duì)測量精度的影響超過3%，嚴(yán)重干擾測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

    為了彌補(bǔ)這一性能“缺口”，團(tuán)隊(duì)嘗試了多種補(bǔ)償方法。傳統(tǒng)的利用輔助干涉儀插值重采樣的常規(guī)補(bǔ)償方法，在應(yīng)對(duì)多項(xiàng)式非理想調(diào)諧時(shí)，能發(fā)揮一定作用，它可以有效補(bǔ)償因多項(xiàng)式非理想調(diào)諧形式所引起的信號(hào)展寬，就像給模糊的圖像進(jìn)行了初步修復(fù)。但這種方法并非“萬能鑰匙”，它無法徹底消除對(duì)定位結(jié)果的影響，面對(duì)光源初始相位隨機(jī)抖動(dòng)時(shí)更是“束手無策”，難以從根本上解決精度退化問題。

    在此困境下，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，將目光投向深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域。經(jīng)過探索，他們發(fā)現(xiàn)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如Unet模型，對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行二次補(bǔ)償，能帶來意想不到的效果。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比來看，深度學(xué)習(xí)二次補(bǔ)償后的定位誤差和應(yīng)變計(jì)算誤差大幅降低，分布式應(yīng)變測量結(jié)果的誤差從非理想調(diào)諧的31.03%銳減至2.69%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于插值補(bǔ)償，使測量結(jié)果更接近理想值，為解決光源非理想調(diào)諧問題提供了新的思路和方法。

    這項(xiàng)研究成果意義非凡。從理論層面深入剖析了光源非理想調(diào)諧誤差的影響機(jī)制，豐富了光纖傳感技術(shù)的理論體系；在實(shí)際應(yīng)用中，為優(yōu)化OFDR系統(tǒng)性能提供了可行方案，有助于推動(dòng)其在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高精度測量，讓分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)能夠更好地服務(wù)于社會(huì)發(fā)展和科技創(chuàng)新，為相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。