8 research outputs found
Raising the stimulated Brillouin scattering threshold power by longitudinal compression gradient in a fiber amplifier
We demonstrate and analyse a novel approach to enhance the threshold power of
stimulated Brillouin scattering (SBS) in optical fibers, using a longitudinal
compressive strain gradient. We derive analytical expressions for the power
spectral density of the backscattered Stokes wave in the general case of
passive and amplifying optical fibers, by considering the strain and optical
power distributions. Our method provides an accurate prediction of the SBS gain
spectrum, that we illustrate with a quantitative comparison between
measurements and calculations of the SBS Stokes spectra, before and after
applying the compression gradient. Our experimental results demonstrate the
successful enhancement of the SBS threshold power by a factor of about 3 for
the passive fiber and 2 for the amplifying fiber. The enhancement that we
manage to calculate in the case of the passive fiber is in perfect agreement
with the experimental result
Ătude et rĂ©alisation dâun lidar Raman pour la dĂ©tection dâhydrogĂšne et de vapeur dâeau dans une alvĂ©ole de stockage de colis radioactifs
The CIGEO project, led by the ANDRA agency, aims at enabling future deep geological disposal of french nuclear waste packages. Those packages could be stored in hundred-meters long underground galleries, and may release hydrogen gas (H2), which is explosive at concentrations above 4% in the air. For safety concerns, it is important to ensure that H2 concentration remains well below the lower explosive limit. The objective of this thesis work, conducted at the ONERA agency, is to design and build a lidar which enable high-resolution (3 m) remote profiling of H2 concentration (0-4%) over hundreds of meters. Such a lidar could perform nonintrusive H2 detection and then prevent H2-related explosion risks. This lidar measures vibrational Raman scattering in the UV domain (355 â 420 nm). Its design takes into account the specific conditions expected in storage galleries. A highspeed and sensitive detection stage has been chosen, based on SiPM (Silicium Photomultiplier) technology in photon counting mode. Due to a spectral overlap between molecular hydrogen and water vapor Raman spectra, the need of a H2O measurement channel has been demonstrated. A three-channel spectral analyzer (H2, H2O and N2 used as reference) has been designed and implemented. Signal processing in real time has been developed to display H2 and H2O concentration profiles. This lidar has been tested in a reduced range scene (100 m) enabling hydrogen gas releases. Simultaneous measurements of concentration profiles of natural water vapor and hydrogen gas (0-2%) have been performed at 85 m with 1-meter and 1-minute resolution and a 600 ppm detectivity.Le projet CigĂ©o, menĂ© par lâANDRA, vise Ă permettre Ă lâhorizon 2030 le stockage gĂ©ologique des dĂ©chets les plus radioactifs du parc nuclĂ©aire français. Ces dĂ©chets, qui seraient placĂ©s dans des alvĂ©oles souterraines de plusieurs centaines de mĂštres, sont susceptibles de relĂącher de lâhydrogĂšne gazeux (H2), un gaz inflammable dans lâair lorsque sa concentration dĂ©passe 4%. Pour la sĂ©curitĂ© des installations, il est indispensable de sâassurer que la concentration de H2 dans les alvĂ©oles de stockage reste infĂ©rieure Ă sa limite de dangerositĂ©. Lâobjectif de cette thĂšse, menĂ©e Ă lâONERA, est de concevoir et rĂ©aliser un Lidar permettant de profiler Ă distance la concentration de H2 (0-4%), sur plusieurs centaines de mĂštres, avec une forte rĂ©solution spatiale (< 3 m), et de proposer ainsi un moyen non intrusif de dĂ©tection et de prĂ©vention du risque liĂ© Ă lâhydrogĂšne. Le principe retenu est celui dâun Lidar Raman vibrationnel dans le domaine ultra-violet (355 â 420 nm). Pour sa conception, nous avons pris en compte les conditions particuliĂšres prĂ©vues dans les alvĂ©oles de stockage. Une chaine de dĂ©tection trĂšs sensible Ă comptage de photons a Ă©tĂ© choisie et mise en oeuvre, basĂ©e sur des dĂ©tecteurs SiPM (Silicium Photomultiplier). La nĂ©cessitĂ© dâemployer une voie de mesure de la vapeur dâeau, simultanĂ©ment Ă lâhydrogĂšne, a Ă©tĂ© mise en Ă©vidence et est liĂ©e au recouvrement partiel des spectres de diffusion Raman de H2 et H2O. Un analyseur spectral Ă trois voies de mesure (H2, H2O, et N2 utilisĂ© comme rĂ©fĂ©rence) a Ă©tĂ© conçu et mis en place. Une mĂ©thode de traitement de signal en temps rĂ©el a enfin Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e pour visualiser les profils de concentrations de H2 et H2O. Lâensemble du systĂšme lidar a pu ĂȘtre testĂ© dans une scĂšne de portĂ©e rĂ©duite (100 m) permettant des relĂąchements dâhydrogĂšne. Des mesures simultanĂ©es de profils de vapeur dâeau naturelle et de dihydrogĂšne (0-2%) ont pu ĂȘtre dĂ©montrĂ©es avec succĂšs Ă 85 m, avec une rĂ©solution spatiale et temporelle de 1 mĂštre et 1 minute respectivement, pour une dĂ©tectivitĂ© de 600 ppm
New developments in active sensing at ONERA
International audienceThe paper presents some of the technology maturing activity on lidar for standoff gas sensing at ONERA
A multi-channel Raman Lidar in photon counting mode using SiPM technology
International audienceWe develop a multi-channel Raman Lidar for future monitoring of nitrogen, hydrogen and water vapor profiles along galleries containing radioactive wastes. We report preliminary measurements of N2 and H2O using photon counting SiPMs detectors
Combinaison cohérente de sept amplificateurs fibrés 1.5 ”m jusqu'à 1 km au travers de la turbulence atmosphérique: analysis expérimentale des champs proches et lointains
International audienceUn banc d'essai laser basĂ© sur la combinaison active de faisceaux cohĂ©rents (CBC) de sept amplificateurs Ă fibre de 1,5 ÎŒm, 3 W, a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ© pour des applications nĂ©cessitant une puissance Ă©levĂ©e telles que le dĂ©pĂŽt de densitĂ© de puissance sur une cible ou la communication laser en espace libre. Pour la premiĂšre fois Ă notre connaissance, la technique de marquage en frĂ©quence LOCSET (Locking of Optical Coherence by Single-detector Electronic-frequency Tagging) a Ă©tĂ© mise en Ćuvre sur le terrain dans des conditions rĂ©elles de turbulence atmosphĂ©rique dans une configuration de type " target-in-the-loop ". Une combinaison rĂ©ussie a Ă©tĂ© obtenue aprĂšs une propagation horizontale de 311 m et 1 km, Ă 1,5 m au-dessus du sol, alors que la force moyenne de turbulence estimĂ©e Ă©tait de C_n^2âŒ4,10^(-14) "m" ^(-2/3). Dans cet article, nous prĂ©sentons le banc laser CBC et un interfĂ©romĂštre en champ proche embarquĂ© appelĂ© PISTIL (PISton et TILt) capable de mesurer le dĂ©phasage relatif de chaque Ă©metteur. Nous montrons que cette mesure peut fournir des informations sur la variation de phase relative induite par la turbulence des faisceaux laser combinĂ©s. En particulier, l'errance de l'enveloppe du faisceau dans le champ lointain peut ĂȘtre estimĂ©e grĂące Ă ce diagnostic. Les rĂ©sultats sont Ă©tayĂ©s par un modĂšle analytique et confirmĂ©s par une post-analyse numĂ©rique des interfĂ©rences mesurĂ©es en champ lointain. Cet interfĂ©romĂštre supplĂ©mentaire peut amĂ©liorer le pointage du faisceau CBC Ă travers les turbulences
Raman lidar for hydrogen gas concentration monitoring and future radioactive waste management
International audienceA multi-channel Raman lidar has been developed, allowing for the first time simultaneous and high-resolution profiling of hydrogen gas and water vapor. The lidar measures vibrational Raman scattering in the UV (355 nm) domain. It works in a high-bandwidth photon counting regime using fast SiPM detectors and takes into account the spectral overlap between hydrogen and water vapor Raman spectra. Measurement of concentration profiles of H2 and H2O are demonstrated along a 5-meter-long open gas cell with 1-meter resolution at 85 meters. The instrument precision is investigated by numerical simulation to anticipate the potential performance at longer range. This lidar could find applications in the French project Cigéo for monitoring radioactive waste disposal cells
Heterodyne and direct detection wind lidar developed at ONERA
In this paper, we present the two wind lidar architectures developed at ONERA: the heterodyne lidar which analyzes the backscattering of particles and the direct detection lidar using a QMZ which analyzes the backscattering of molecules. In both cases, solutions have been developed to be able to embark them on an airplane: fiber laser, robust receiver, robust general architecture. Both technologies could provide interesting comparative measurements for AEOLUS calibration/validation campaigns: the heterodyne configuration allows precise measurements on the lower part of the atmosphere while the QMZ configuration allows reaching up to at an altitude of 20 km. In addition, regarding the developments made for molecular lidar, the UV fiber laser and the monolithic QMZ receiver could be excellent solutions for the next generation of Aeolus to reduce costs, improve data quality and lidar durability.Dans cet article, nous prĂ©sentons les deux architectures de lidar Ă©olien dĂ©veloppĂ©es Ă l'ONERA : le lidar hĂ©tĂ©rodyne qui analyse la rĂ©trodiffusion des particules et le lidar Ă dĂ©tection directe utilisant un QMZ qui analyse la rĂ©trodiffusion des molĂ©cules. Dans les deux cas, des solutions ont Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©es pour pouvoir les embarquer dans un avion : laser Ă fibre, rĂ©cepteur robuste, architecture gĂ©nĂ©rale robuste. Les deux technologies pourraient fournir des mesures comparatives intĂ©ressantes pour les campagnes d'Ă©talonnage/validation AEOLUS : la configuration hĂ©tĂ©rodyne permet des mesures prĂ©cises sur la partie infĂ©rieure de l'atmosphĂšre tandis que la configuration QMZ permet d'atteindre jusqu'Ă 20 km d'altitude. De plus, concernant les dĂ©veloppements rĂ©alisĂ©s pour le lidar molĂ©culaire, le laser Ă fibre UV et le rĂ©cepteur QMZ monolithique pourraient ĂȘtre d'excellentes solutions pour la prochaine gĂ©nĂ©ration d'Aeolus afin de rĂ©duire les coĂ»ts, d'amĂ©liorer la qualitĂ© des donnĂ©es et la durabilitĂ© du lidar
Heterodyne and direct detection wind lidar developed at ONERA
International audienceIn this paper, we present the two wind lidar architectures developed at ONERA: the heterodyne lidar which analyzes the backscattering of particles and the direct detection lidar using a QMZ which analyzes the backscattering of molecules. In both cases, solutions have been developed to be able to embark them on an airplane: fiber laser, robust receiver, robust general architecture. Both technologies could provide interesting comparative measurements for AEOLUS calibration/validation campaigns: the heterodyne configuration allows precise measurements on the lower part of the atmosphere while the QMZ configuration allows reaching up to at an altitude of 20 km. In addition, regarding the developments made for molecular lidar, the UV fiber laser and the monolithic QMZ receiver could be excellent solutions for the next generation of Aeolus to reduce costs, improve data quality and lidar durability.Dans cet article, nous prĂ©sentons les deux architectures de lidar Ă©olien dĂ©veloppĂ©es Ă l'ONERA : le lidar hĂ©tĂ©rodyne qui analyse la rĂ©trodiffusion des particules et le lidar Ă dĂ©tection directe utilisant un QMZ qui analyse la rĂ©trodiffusion des molĂ©cules. Dans les deux cas, des solutions ont Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©es pour pouvoir les embarquer dans un avion : laser Ă fibre, rĂ©cepteur robuste, architecture gĂ©nĂ©rale robuste. Les deux technologies pourraient fournir des mesures comparatives intĂ©ressantes pour les campagnes d'Ă©talonnage/validation AEOLUS : la configuration hĂ©tĂ©rodyne permet des mesures prĂ©cises sur la partie infĂ©rieure de l'atmosphĂšre tandis que la configuration QMZ permet d'atteindre jusqu'Ă 20 km d'altitude. De plus, concernant les dĂ©veloppements rĂ©alisĂ©s pour le lidar molĂ©culaire, le laser Ă fibre UV et le rĂ©cepteur QMZ monolithique pourraient ĂȘtre d'excellentes solutions pour la prochaine gĂ©nĂ©ration d'Aeolus afin de rĂ©duire les coĂ»ts, d'amĂ©liorer la qualitĂ© des donnĂ©es et la durabilitĂ© du lidar