45 km 长距离 ROTDR：借助复数域方波宽度啁啾脉冲压缩，实现 0.5 m 空间分辨率与 0.11 °C 温度分辨率Fan, B., Li, J., Zhang, X., Li, L., Wang, R., Zhang, J. and Zhang, M., 2026. 45 km ROTDR with 0.5 m/0.11° C via complex-domain square-wave width-chirp pulse compression. Light: Science & Applications, 15(1), p.175.https://doi.org/10.1038/s41377-026-02245-1
拉曼光时域反射技术（Raman optical time-domain reflectometry, ROTDR）受 OTDR 定位原理的限制，其传感距离、空间分辨率和测温精度本质上都受到脉冲宽度的共同制约。也就是说，在传统方案中，某一项指标的提升往往会以牺牲另外两项性能为代价，这构成了一个理论上的权衡关系。
本文提出了一种复数域方波宽度啁啾脉冲压缩方法，突破了这一物理限制。具有陡峭边沿和丰富高阶谐波成分的复数域方波宽度啁啾脉冲，在经过匹配滤波后可形成压缩的 δ 脉冲，此时决定传感空间分辨率的，不再是原始脉冲宽度，而是压缩后脉冲的半高全宽。
通过采用共轭时反滤波器实现的复数域匹配滤波，系统获得了 15.09 dB 的信噪比增益；同时，复数域包络提取方法可有效分离并去除拉曼相位噪声。基于该方案，系统实现了 45 km 传感距离、0.5 m 空间分辨率和 0.11 °C 测温精度，表明这些关键性能指标已成功摆脱对脉冲宽度的耦合限制。该方法为长距离、高精度分布式温度传感提供了新的实现思路，并可进一步拓展至布里渊和瑞利散射系统。
图1 CSWPC 传感方案及基于物理机制的温度解调原理。 a， CSWPC 传感方案； b， 通过复数域匹配滤波获取 δ 脉冲拉曼散射轨迹及其对应温度分布的物理原理； c， CSWPC 方案同时提升空间分辨率、传感距离和测温精度的原理示意。 其中，R(T,t) 表示拉曼特征方程，CEED 表示复数域包络提取去噪（complex-domain envelope extraction denoising）。
图2 啁啾信号的特性。 a， 正弦啁啾探测信号与方波宽度啁啾探测信号的时序； b， 正弦啁啾信号和方波宽度啁啾信号压缩后 δ 脉冲的半高全宽（FWHM）； c， 由 PSG 产生的方波宽度啁啾信号时序； d， PSG 产生的方波宽度啁啾信号对应的 δ 脉冲。 其中，PSG 表示脉冲序列发生器（pulse sequence generator）。
图3 CSWPC 方案的空间分辨率 R s 示意图。图4 不同方案下的有效传感距离与测温精度。 a， 不同方案在有效传感距离处的信噪比（SNR）； b， 不同方案的测温精度。图5 不同环境温度下 FUT 对应的分布式温度解调结果。 a， 温度解调曲线； b， 测温精度及误差棒。图6 不同啁啾参数对传感性能的影响。 a， 不同啁啾脉冲宽度下的性能变化；a1， 信噪比（SNR）；a2， 空间分辨率；a3， 测温精度。 b， 不同啁啾速率下的性能变化；b1， 信噪比；b2， 空间分辨率；b3， 测温精度。 c， 不同起始频率下的性能变化；c1， 信噪比；c2， 空间分辨率；c3， 测温精度。声明：本文旨在传递和分享科研资讯，仅供个人学习、参考和学术交流之用，不作商业用途。文中引用的文献已注明相关来源。由于水平有限，内容解读可能存在不准确之处，如有任何问题或涉及知识产权保护等情况，请及时通过邮箱fiber_optic_sensor@126.com与我们联系，我们将尽快协调处理。如有宣传需求，欢迎将相关材料发送至邮箱：fiber_optic_sensor@126.com。
