随着分布式光纤传感技术（distributed optical fiber sensing, DOFS）的飞速发展，近些年来，其可靠性与有效性在越来越多的工程应用案例中得到了验证，现已深入到大型结构健康监测、地质及能源勘探、周界安防、海洋地球物理等众多领域。然而在实际监测场景中，事件发生的影响因素及扰动参量多元，而单一的分布式光纤传感器监测参量有限，在应用中极容易出现误判和漏判的情况。若携带多台不同设备，往往需要接入多根光纤，更难以实现多种参量的同步监测，不仅成本高，且实施难度大。针对以上难题，南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室与南京大学深圳研究院等合作单位开展了对于融合型分布式光纤传感系统的研究，于近期提出了一种融合布里渊光时域反射仪（Brillouin optical time domain reflectometry, BOTDR）和相位敏感型光时域反射仪（phase sensitive optical time domain reflectometry, Φ-OTDR）这两种传感系统的方法。通过理论分析和综合实验的验证，所搭建的融合系统不仅能够实现多参量的同步测量，还保障了BOTDR和Ф-OTDR的传感性能。通过最大化复用光电器件，融合系统的复杂度和成本并没有明显提升，且单端接入光纤的特性也有利于实际工程应用。研究成果以 “Hybrid B-OTDR/Φ-OTDR for multi-parameter measurement from a single end of fiber” 为题发表在国际知名光学期刊Optics Express上，南京大学博士研究生周霄为论文的第一作者，张旭苹教授与王峰副教授为论文的通讯作者。
BOTDR和Φ-OTDR外差探测结构比较相似，其中BOTDR的差频来自布里渊散射斯托克斯光和反斯托克斯光自身的布里渊频移（Brillouin frequency shift, BFS），一般约在10.8GHz左右；而在Φ-OTDR系统中，差频通常是由声光调制器所引入，一般约在几十至几百MHz。若简单将BOTDR和Φ-OTDR的外差探测结构融合在一起，声光调制器所引入的频移将导致BOTDR的拍频信号出现频率上的错位和混叠，下式为探测器所收集到的信号（滤除直流分量）：
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由于本文所提出的双外差探测方法需要对散射光进行分光，这将使瑞利散射光和布里渊散射光分别有一定的功率损耗，导致BOTDR和Ф-OTDR的信噪比下降。与此同时，由于BOTDR和Ф-OTDR各自的动态范围不同，且依靠不同指标来评估其性能，因此有必要分析不同散射光分光比下BOTDR和Ф-OTDR的传感性能。BOTDR的布里渊频移（Brillouin frequency shift, BFS）测量不确定度通常采用下式来表示：
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其中，SNR(z)为z位置的中心频率处所对应的信噪比，δ为频率扫描间隔，ΔνB是布里渊增益谱（Brillouin gain spectrum, BGS）的半高全宽。
图6(a)给出了在中心频率处测得的布里渊时域信号曲线，且分别展示了不分光和分光70%下的结果，可见分光70%后的信噪比降低了1.58dB，这与理论值基本一致。而根据图6(b)中的结果，实测的BGS半高全宽为48MHz，在3MHz频率扫描间隔下，BFS测量不确定度将会增加0.145MHz。
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Xiao Zhou, Feng Wang *, Zhen Liu, Yanqing Lu, Chengyu Yang, Yixin Zhang, Liyang Shao, and Xuping Zhang *，”Hybrid B-OTDR/Φ-OTDR for multi-parameter measurement from a single end of fiber,” Optics Express, 30(16), 29117-29127 (2022).