10JLT Distributed Brillouin fiber sensor assisted by first-order Raman amplification
此文应是最早分析拉曼放大与BOTDA结合的文章，分析了3种结构的拉曼放大：和泵浦脉冲光方向同向、反向以及双向。注意受激拉曼散射和受激布里渊散射类似，频移量由非线性介质决定。但他们之间存在显著不同：1.单模光纤中的受激拉曼散射产生的斯托克斯朝前后两个方向传输，受激布里渊散射产生的斯托克斯后向传输。2.SRS斯托克斯频移(10THz)SBS(10GHz) 3.SBS阈值泵浦功率与泵浦波谱宽有关，对连续波泵浦或较宽脉冲(>1us)，其阈值可低于1mW，对于脉宽小于1ns的脉冲，SBS几乎不会发生。所有这些不同源于一个基本差别，SBS参与的是声学声子，SRS参与的是光学声子。
文中对拉曼放大的BOTDA系统中泵浦脉冲光、探测光以及拉曼泵浦光沿光纤的功率分布有详细分析和理论建模。
如果泵浦光功率太低，则增益太低对比度不够高；如果泵浦光功率太高，过度的泵浦消耗又会导致BFS测量不准。因此采用拉曼放大来提高传感距离。拉曼频移在光纤中为13THz，远大于布里渊频移11GHz，因此采用1455nm拉曼泵浦，其增益带宽在几个nm，因此BOTDA中1550波段的泵浦和探测光可以看做在相同波长，均在拉曼增益范围内。
文中提出为了避免泵浦脉冲消耗引起的非本地效应，拉曼泵浦也不能太大，最佳值是每个边带300mW，此外还要对泵浦脉冲光和探测光进行优化，避免布里渊增益饱和。
实验装置如下图：在传统BOTDA基础上引入拉曼放大，具体是在传感光纤两侧注入拉曼泵浦。控制图中X,Y的开关组合来实现同向、反向和双向泵浦。
实验重要参数：
无拉曼放大：泵浦4.7mW 20ns探测光5.2μW
双向放大：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
测得布里渊增益实验结果如下：
从中可以看出：
反向泵浦增益的对比度最大，这与其泵浦脉冲光功率大有关，当然其噪声也大。
双向泵浦也能获得不错的增益对比度，同时其增益沿整个光纤变化平摊，这对探测器动态范围要求降低，是其最大的优点。
同向泵浦效果最差，在末端与不用拉曼放大的传统BOTDA几乎一样。
无拉曼放大的传统BOTDA噪声最小，因为加入拉曼放大会引入相关强度噪声(相关文献)。
本文同时探究了不同结构拉曼放大对布里渊增益谱谱宽的影响
反向泵浦结构中布里渊增益谱展宽最严重，可能是由于泵浦脉冲光功率过大引发自相位调制导致频谱展宽。
最终实验结果：
加入拉曼放大后，三种结构均在在75km上实现了2m空间分辨率。
10OE Brillouin optical time-domain analysis assisted by second-order Raman amplification
此文在上篇文章基础上，选择采用双向拉曼放大结构，并引入二级拉曼放大。原理是通过适当的拉曼泵浦(1365nm)，使一级斯托克斯光得到的拉曼增益足以克服其经历的损耗，使其功率在整条光纤上均匀分布。再使用此一级斯托克斯光充当二级泵浦(1455nm)，其功率沿光纤均匀分布的特性可以对BOTDA系统中的泵浦脉冲光(1550nm)在整条光纤上提供均匀的拉曼增益
实验装置如下所示：
与一级拉曼放大的BOTDA基本一致，区别是其拉曼泵浦改用1365nm，并在传感光纤两端各引入了一个1455nm光栅。注意改装置采用的是双向拉曼放大。
注意文中采用了NOLM来提升泵浦脉冲的消光比，大于50dB。
50km采用二级双向拉曼泵浦实验结果：
红线——无拉曼放大实验结果 脉冲泵浦光13.5mW 40ns 探测光0.5 µW
绿线——二级拉曼放大实验结果 拉曼泵浦各边带470mW，脉冲泵浦光7.5 mW 40ns 探测光0.7 µW
蓝线——二级拉曼放大仿真结果
黑虚线——一级拉曼放大仿真结果
从结果可以看出二级拉曼放大的BOTDA系统优点是：
增益在整个光纤上分布均匀，功率波动小于0.2dB。
缺点：与无拉曼增益结构相比，会引入比较大的RIN噪声。
文中提到过短的脉冲会引起SPM导致光纤尾端的BGS展宽，对BFS测量产生影响，本文采用的解决方法是加大反向拉曼泵浦光功率，同过提高对比度来保证BFS测量准确。
100km对比实验结果：
蓝——传统BOTDA
红——二级拉曼放大 反向940mW 前向540mW 泵浦脉冲光10mW 20ns 探测光2µW
可以看出，虽然引入二级拉曼放大后曲线噪声大，但BFS测量误差不超过3MHz。
二级拉曼放大最大的优点就是可以使测得增益曲线沿整个光纤平滑分布，降低探测器测量的动态范围。
缺点是拉曼泵浦会引入相关强度噪声。如果能降低RIN噪声，可以使得传感距离突破100km。
12OE Raman-assisted Brillouin optical time-domain analysis with sub-meter resolution over 100 km
此文将拉曼放大的BOTDA系统与DPP和后续RIN(相关强度)去噪算法结合，实现了100km上0.5m空间分辨率的测量。
由于DPP的引入，可以加大泵浦脉冲长度，这能够一定程度上减弱SPM效应。
实验装置：
注意此装置用SOA代替前文使用EOM+NOLM的结构来产生泵浦脉冲，消光比大于50dB
泵浦脉冲光6mW 探测光81μW 拉曼泵浦500mW(每个边带250mW)
实验结果：
当采用65ns和55ns脉冲组成DPP时，结果如下
a加入去噪算法，b未加去噪算法，去噪前BFS测量误差为5MHz，去噪后为3MHz。
当采用65ns和57ns脉冲组成DPP时，结果如下在100km上获得cm级空间分辨，BFS测量误差为6MHz。
总结：此文将DPP和拉曼放大结合，最大的优点就是借助DPP，可以避免为了提高空间分辨率而使用短脉冲所引起的自相位调制(SPM会导致光纤末端BGS展宽，带来误差)，使用较长的脉冲宽度还可以避免泵浦消耗引发的非本地效应。与拉曼放大结合后适合用于长距离BOTDA。同时本文所用的去RIN噪声算法(文中有简单介绍)对提升SNR有一定帮助。
12PTL Simplex-Coded BOTDA Sensor Over 120-km SMF With 1-m Spatial Resolution Assisted by Optimized Bidirectional Raman Amplification
方案：双向拉曼放大+单一归零码调制格式 结果：120km 1m BFS分辨率为
文中首先提到当分辨率低于1m时，声波衰减时间(10ns)会导致BGS展宽。也会导致布里渊增益衰减。这两种都会导致BFS测量误差变大。
此文中也有关于优化光功率的仿真。
前向传输数值仿真的目的就是，保障光纤尾端获得最大泵浦脉冲光功率，同时又要保证在整条链路上其功率最大值要低于非线性效应阈值。
最大探测光功率取决于泵浦光的峰值功率，它决定了布里渊增益和泵浦消耗程度。所以后向仿真的目的就是获得探测光最大的输出信噪比，同时保证泵浦探测功率差在17.5dB来避免非本地效应。
实验装置如下:
注意用波形发生器产生127bit高功率归零编码。
此文也采用双向结构，但前向用拉曼激光器，后向用两个FP腔激光器(第RIN噪声<130dB/Hz)通过正交偏振耦合器连接打入光纤，目的是降低拉曼偏振相关增益。
RZ和线性增益预放避免了编码带来的非线性失真。因此可以用标准线性解码方式解码。
重要实验参数：24.6 dBm前向拉曼泵浦 25.8dBm后向拉曼泵浦 −20dBm探测光功率
10 dBm泵浦脉冲光功率
实验结果：
小图为光纤末端探测到的脉冲编码：可以看出编码后的脉冲经过拉曼放大不会失真，就和经过普通EDFA效果一样。
从此图可以看出，空间分辨率为1m。这是首次在120km上实现1m空间分辨率。BFS的分辨率用标准差衡量，从小图中可以看出，最坏情况出现在100km附近，分辨率为1.3MHz。
总结：优点：将编码和拉曼放大结合，实现了120km上1m空间分辨率，BFS分辨率为1.3MHz。
缺点：采用了3个拉曼激光器，成本大大提高。同时也没有做用编码和不用编码的对比，不能确定此装置性能的提升是因为编码还是因为拉曼放大装置的变化。
13OE Distributed Raman amplification using ultralong fiber laser with a ring cavity characteristics and sensing application
方案：双向拉曼放大，前向采用2级泵浦的随机激光器，后向采用级泵浦低噪激光器。
采用此结构目的：为了减轻二级拉曼放大本泵浦功率同时保证传感距离，引入了1级泵浦。1级泵浦同样采用两个激光器。同样采用正交偏振耦合器，消除偏振相关增益。
结果：传感距离154.4km 空间分辨率5m BFS分辨率1.4℃
实验装置：
注意拉曼放大部分采用了FBG1(1454nm)来形成二级泵浦结构，目的是降低形成的随机激光器阈值。同时该结构中探测光与低噪1455拉曼泵浦同向传输，与1366nm拉曼泵浦反向传输，因此可以通过较大的群速度走离来降低RIN噪声。
重要实验参数：33.7dBm@1366nm 26dBm@1455nm 泵浦脉冲光2.5dBm 探测光-16dBm 注意采用了255bit归零脉冲编码 长度50ns
实验结果：
图(b)为不同光纤位置处BGS，可以看出非本地效应导致的BGS畸变没有出现，这得益于对探测和泵浦光的优化。
从BFS图中可以看出，实现了150km上5m空间分辨率，光纤末端最大BFS误差为1.4MHz。
总结：优点：增加了传感距离，同时此结构中低噪1级泵浦的引入降低了系统中的RIN噪声，陶高了信噪比。
缺点：用了3个拉曼泵浦，增加成本，同时产生随机激光需要大功率1366nm泵浦。
15OE Brillouin optical time-domain analysis sensor assisted by Brillouin distributed amplification of pump pulses
利用分布式布里渊放大(DBA)来补偿泵浦消耗，可以避免传统双边带调制引起的非本地效应。同时，DBA不会像分布式拉曼放大(DRA)一样引入噪声， 因为打入的DBA泵浦跟探测光同向，而受激拉曼散射只能发生在后向。本文还利用DPP来避免布里渊增益瞬态变化带来的自相位调制和脉冲变形。
优点：1.和DRA相比，阈值低，只需要mW级的泵浦就可以获得较大增益。(SBS阈值低)
2.DBA增益带宽可电控来适应脉冲频谱，不会像DRA用几十个纳米的带宽来放大很窄的频谱，避免浪费。
3.DBA噪声由于其方向性可以忽略。
缺点：对DBA泵浦的调制与对脉冲的发射需要同步，这样来保证不会引入额外的噪声。
同时如果BFS移动过大，需要对调制频率进行调整，使其重新覆盖泵浦。
文中提到：不能肆意加大脉冲光功率，因为会出现非线性效应(调制不稳、拉曼散射、自相位调制)。
方案：DBA+DPP
原理图如下：
由于布里渊增益带宽只有30MHz，用这么窄的带宽放大泵浦脉冲会导致其频谱畸变。因此需要对DBA泵浦进行调制，使其覆盖较宽的范围。
上图为仿真结果：泵浦脉冲光的布里渊增益仿真。
如上所示对DBA泵浦进行调制使其呈现三角波形状，频率为80kHz，峰值拼差为125MHz。这样可以将10ns的泵浦脉冲频谱完全覆盖。
实验装置：
主要参数 脉冲峰值功率22.4dBm 10ns 探测光各边带-8dBm 泵浦光4.7mW
实验结果：
不加和加DBA布里渊增益谱对比，可以看出加了DBA后，布里渊增益谱先衰减，后从中间位置开始增加，这是因为DBA和泵浦反向打，其增益与光功率成正比，因此泵浦在尾端获得增益最大，也正是其需要补偿的地方。
加DBA前后增益谱对比，可以看出加了DBA后，光纤尾端能获得较好的BGS。
加入DBA后尾端信噪比也至少有10dB提升。
本文还进行了40/55nsDPP(紫色)和15ns(蓝色)脉冲对比，光纤末端测得BGS如下，可看出使用DPP对BGS测量有较好提升，能测量出正确BFS。
总结：传感长度50km 没有空间分辨率实验结果。采用DBA后可以提升SNR。与拉曼放大DRA相比，得益于受激布里渊后向放大机制，不会引入RIN噪声。
16PTL DBA-based BOTDA using optical-comb pump and pulse coding with a single laser
本文提出了用光频梳的方法来实现DBA，与上文所用方法相比，该方法不需要对DBA泵浦和脉冲光进行同步，也不需要考虑光纤中出现交大BFS变化时要调整对DBA的调制频率。装置复杂度降低。
实验原理和装置如下：
主要是采用电频梳来产生光频梳，因此光梳的间隔和个数在电域上可控。光频梳与泵浦间距为布里渊频移。
重要参数 泵浦脉冲光16dBm 探测光-13dBm DBA光频梳1dBm
实验结果：
可以看出DBA对尾端信噪比有较大提升，BGS宽度控制在75MHz范围，SPM效应导致的频谱展宽得到了一定程度的抑制。
结果：在50km上实现了3.2m空间分辨率，BFS误差在1.6MHz。
总结：优点：只用了一个激光器来产生DBA泵浦，脉冲和探测光，跟上文比起来不需要控制同步等，实验操作简单。
缺点：DBA传感长度还是没有DRA长。
16OE BOTDA sensors enhanced using high-efficiency second-order distributed Brillouin amplification
本文采用二级拉曼泵浦，相对于一级拉曼泵浦，SNR有3dB提升。在99km上实现了5m空间分辨率和1.6℃测量精度。
优点：比一级泵浦在光纤尾端消耗严重，二级泵浦可以给予补偿，从而是使得一级泵浦功率在成条光纤上较平坦分布，进而使得增益曲线较为平坦。
缺点：实验装置比一级泵浦放大复杂。
实验参数：~6dBm 二级泵浦 ~1.5dBm 一级泵浦 −56,−40,−24,−8, 8, 24, 40, 56 MHz
探测光-15dBm 脉冲光10dBm
实验原理：
通过二级泵浦(~6dBm)产生布里渊斯托克斯光来充当一级泵浦，用一级泵浦(~1.5dBm)来补偿脉冲光。
实验装置：
本文中的光频梳也是采用电频梳产生，通过EOM2调制到光频上，形成一级泵浦。一级泵浦在通过EOM3调制成二级泵浦。
实验结果：
99km上实现了5m空间分辨率，BFS对应的温度测量精度在1.6℃。
