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Error suppression in wavelength scanning coherent optical time domain reflectometry by polarization diversity detection

  • Wavelength scanning coherent optical time domain reflectometry (WS-COTDR) is a popular distributed fiber sensing technique that quantifies environmental changes based on the frequency shift of Rayleigh reflection spectra which are usually obtained by cross correlation. This method can cause large errors due to the spikes in the spectrum caused by the random interference of the Rayleigh backscattered light and the uncorrelated section in the reflection spectrum. Polarization diversity detection is applied to suppress this type of error. Two orthogonally polarized components of the Rayleigh backscattered light are detected in a single sensing system and processed separately by cross correlation. The correlation spectra of the two polarizations are averaged to determine the frequency shift, effectively mitigating the large error. Meanwhile, the polarization dependence helps avoid the large errors caused by Fresnel reflection and restrain null sensitivity positions, where the frequencyWavelength scanning coherent optical time domain reflectometry (WS-COTDR) is a popular distributed fiber sensing technique that quantifies environmental changes based on the frequency shift of Rayleigh reflection spectra which are usually obtained by cross correlation. This method can cause large errors due to the spikes in the spectrum caused by the random interference of the Rayleigh backscattered light and the uncorrelated section in the reflection spectrum. Polarization diversity detection is applied to suppress this type of error. Two orthogonally polarized components of the Rayleigh backscattered light are detected in a single sensing system and processed separately by cross correlation. The correlation spectra of the two polarizations are averaged to determine the frequency shift, effectively mitigating the large error. Meanwhile, the polarization dependence helps avoid the large errors caused by Fresnel reflection and restrain null sensitivity positions, where the frequency shift is difficult to be determined due to the similarity of the spectra. The sensing performance improvement is experimentally validated, and the proposed system is tested in the field to monitor traffic along a busy street in Berlin, demonstrating its functionality and feasibility in practice.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autor*innen:Xin LuORCiD, Konstantin HickeORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Measurement
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.6 Faseroptische Sensorik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Ltd.
Jahrgang/Band:253
Aufsatznummer:117733
Erste Seite:1
Letzte Seite:11
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Coherent optical time domain reflectometry; Distributed fiber sensing; Optical fiber sensing; Polarization diversity detection; Traffic monitoring
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Infrastruktur / Verkehrsinfrastrukturen
Umwelt
DOI:10.1016/j.measurement.2025.117733
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-630320
ISSN:1873-412X
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:05.05.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:26.05.2025
Paper des Monats:Ja
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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