Tehnologija laserskog izvora zaoptičko vlaknoOsjetivši prvi dio
Tehnologija optičkih vlakana vrsta je vrsta osjetljive tehnologije razvijena zajedno s tehnologijom optičkih vlakana i komunikacijskom tehnologijom optičkih vlakana, a postala je jedna od najaktivnijih grana fotoelektrične tehnologije. Sustav osjetljivosti na optičko vlakno uglavnom se sastoji od laserskog, prijenosnog vlakana, osjetljivih elemenata ili modulacijskog područja, otkrivanja svjetlosti i drugih dijelova. Parametri koji opisuju karakteristike svjetlosnog vala uključuju intenzitet, valnu duljinu, fazu, stanje polarizacije itd. Ovi se parametri mogu promijeniti vanjskim utjecajima u prijenosu optičkih vlakana. Na primjer, kada temperatura, naprezanje, tlak, struja, pomak, vibracija, rotacija, savijanje i kemijska količina utječu na optički put, ti se parametri mijenjaju odgovarajuće. Optičko senzor vlakana temelji se na odnosu ovih parametara i vanjskih čimbenika za otkrivanje odgovarajućih fizičkih količina.
Postoji mnogo vrstalaserski izvorkoristi se u optičkim senzorskim sustavima koji se mogu podijeliti u dvije kategorije: koherentanlaserski izvorii nekoherentni izvori svjetlosti, nekoherentniIzvori svjetlostiUglavnom uključuju žarulju i svjetlosne diode, a koherentni izvori svjetlosti uključuju čvrste lasere, tekuće lasere, plinske lasere,poluvodički laserivlaknasti laser. Sljedeće je uglavnom zalaserski izvor svjetlostiŠiroko se koristi u polju vlaknastih senzora posljednjih godina: uska širina linije jednofrekventni laser, frekvencijski laser i bijeli laser.
1.1 Zahtjevi za usku širinu linijeIzvori laserske svjetlosti
Sustav osjetljivosti na optički vlakno ne može se odvojiti od izvora lasera, jer je izmjereni svjetlosni val nosača signala, samo performanse izvora laserskog svjetla, poput stabilnosti snage, širine laserske linije, faznog buke i drugih parametara na udaljenosti otkrivanja optičkog senziranja vlakana, točnost otkrivanja, osjetljivosti i karakteristike za otkrivanje uloga. Posljednjih godina, razvojem ultra visoke rezolucije optičkih vlakana, akademija i industrija iznijeli su strože zahtjeve za performanse prožimanja laserske minijaturizacije, uglavnom u: Optička frekvencijska refleksija domene (OFDR) Koheherentna tehnologija otkrivanja) za analizu propuštenih natpisa. Prednosti visoke razlučivosti (rezolucija na milimetru) i visoke osjetljivosti (do -100 dBm) postale su jedna od tehnologija s širokim izgledima primjene u distribuiranom tehnologiji mjerenja optičkih vlakana i senzornim tehnologijom. Jezgra tehnologije je korištenje prilagodljivog izvora svjetla za postizanje optičke podešavanja frekvencije, tako da performanse izvora lasera određuje ključne čimbenike kao što su raspon otkrivanja, osjetljivost i razlučivost. Kad je udaljenost točke refleksije blizu duljine koherencije, intenzitet signala otkucaja eksponencijalno će se oslabiti koeficijentom τ/τc. Za Gaussov izvor svjetlosti sa spektralnim oblikom, kako bi se osiguralo da frekvencija otkucaja ima više od 90% vidljivosti, odnos između širine linije izvora svjetlosti i maksimalne duljine osjetljivosti koju sustav može postići je LMAX ~ 0,04VG/F, što znači da je za vlakno duljinu od 100 km. Osim toga, razvoj drugih aplikacija također je iznio veće zahtjeve za širinu linije izvora svjetlosti. Na primjer, u sustavu hidrofona optičkih vlakana, širina linije izvora svjetlosti određuje buku sustava i također određuje minimalni mjerljivi signal sustava. U Brillouinovom optičkom reflektoru vremenske domene (BOTDR), mjerna razlučivost temperature i naprezanja uglavnom se određuje širinom linije izvora svjetlosti. U rezonatornom optičkom žirojažnju, duljina koherencije svjetlosnog vala može se povećati smanjenjem širine linije izvora svjetlosti, poboljšavajući tako finoću i rezonantnu dubinu rezonatora, smanjujući širinu rezonatora i osiguravajući točnost mjerenja optičkog gyro -a.
1.2 Zahtjevi za pometanje laserskih izvora
Laser s jednom valnom duljinom ima fleksibilne performanse podešavanja valne duljine, može zamijeniti višestruke izlazne lasere fiksne valne duljine, smanjiti troškove konstrukcije sustava, neophodan je dio sustava optičkog senziranja vlakana. Na primjer, u senziranju vlakana u tragovima, različite vrste plinova imaju različite vrhove apsorpcije plina. Da bi se osigurala učinkovitost apsorpcije svjetlosti kada je mjerni plin dovoljan i postigao veću osjetljivost na mjerenje, potrebno je uskladiti valnu duljinu izvora prijenosnog svjetla s vrhom apsorpcije molekule plina. Vrsta plina koja se može otkriti u osnovi je određena valnom duljinom izvora senzorne svjetlosti. Stoga, uski laseri širine linije sa stabilnim performansama podešavanja širokopojasne mreže imaju veću fleksibilnost mjerenja u takvim senzorskim sustavima. Na primjer, u nekim distribuiranim sustavima osjetljivosti na optička vlakna na temelju refleksije domene optičke frekvencije, laser se mora brzo povremeno provesti kako bi se postigla koherentna otkrivanje i demodulacija optičkih signala visokog preciznog, tako da brzina modulacije laserskog izvora ima relativno visoke zahtjeve, a brzina prilagodljivog lasera obično je dosežena. Pored toga, laser u usku širini valne duljine također se može široko koristiti u LIDAR, laserskom daljinskom senzoru i spektralnoj analizi visoke rezolucije i ostalim senzorskim poljima. Kako bi se ispunili zahtjevi visokih performansi parametara ugađanja propusnosti, točnost podešavanja i brzina podešavanja lasera s jednostrukim duljinama u području osjetljivosti vlakana, ukupni cilj proučavanja lasera vlakana u usku širini posljednjih godina je postizanje visoke frekvencije u ultram, na ultraziji, na ultraziji, u ultram, na-na-na-na-na-na-na-na-na-na-na-nastanku i moć.
1.3 Potražnja za bijelim laserskim izvorom svjetlosti
U polju optičkog senzora, visokokvalitetni laser bijelog svjetla od velikog je značaja za poboljšanje performansi sustava. Što je širi spektar pokrivenosti lasera bijelog svjetla, to je opsežnija njegova primjena u sustavu optičkog senziranja vlakana. Na primjer, pri korištenju vlaknastih rešetki (FBG) za izgradnju senzorske mreže, za demodulaciju može se koristiti spektralna analiza ili prilagodljiva metoda podudaranja filtra. Prvi je koristio spektrometar za izravno testiranje svake FBG rezonantne valne duljine u mreži. Potonji koristi referentni filter za praćenje i kalibraciju FBG -a u senzoru, a oba zahtijevaju izvor širokopojasne svjetlosti kao izvor testnog svjetla za FBG. Budući da će svaka FBG pristupna mreža imati određeni gubitak umetanja i ima širinu pojasa veća od 0,1 nm, istodobna demodulacija višestrukog FBG -a zahtijeva širokopojasni izvor svjetla s velikom snagom i visokom propusnošću. Na primjer, kada se koristi dugačka rešetka vlakana (LPFG) za osjet, budući da je propusna propusnost jednog vrha gubitka u redoslijedu od 10 nm, potreban je široki izvor svjetlosti spektra s dovoljnom širinom pojasa i relativno ravnim spektrom kako bi se točno karakteriziralo njegove rezonantne vršne karakteristike. Konkretno, rešetka akustičnih vlakana (AIFG) konstruirana korištenjem akousto-optičkog učinka može postići raspon podešavanja rezonantne valne duljine do 1000 nm pomoću električnog podešavanja. Stoga, dinamično testiranje s takvim ultra širokim rasponom podešavanja predstavlja veliki izazov rasponu propusnosti propusnosti izvora svjetlosti širokog spektra. Slično tome, posljednjih godina nagnute rešetke Bragg Fiber -a također se široko koristi u polju osjetljivosti vlakana. Zbog karakteristika spektra gubitka multi-vrha, raspon raspodjele valne duljine obično može doseći 40 nm. Njegov senzorski mehanizam obično je uspoređivanje relativnog kretanja među višestrukim vrhovima prijenosa, tako da je potrebno u potpunosti mjeriti njegov spektar prijenosa. Širina pojasa i snaga izvora svjetlosti širokog spektra potrebna su da budu viši.
2. Status istraživanja u zemlji i inozemstvu
2.1 Uska širina laserske svjetlosti Izvor svjetlosti
2.1.1 Uska širina linije poluvodiča distribuirana povratna informacija laser
2006. godine Cliche i sur. smanjio MHz ljestvicu poluvodičaDFB laser(distribuirani povratni laser) na KHz skali primjenom metode električne povratne informacije; U 2011., Kessler i sur. Koristi se s niskim temperaturama i visokom stabilnošću jednostruke kristalne šupljine u kombinaciji s aktivnom kontrolom povratnih informacija za dobivanje laserskih izlaza ultra-narrow-šidnje od 40 MHz; U 2013. godini, Peng i ostali dobili su poluvodički laserski izlaz s širinom linije od 15 kHz pomoću metode povratne informacije o vanjskom Fabry-perotu (FP). Metoda električne povratne informacije uglavnom je koristila povratne informacije o stabilizaciji frekvencije lončanog stabilizacije kako bi se smanjila širina laserske linije izvora svjetlosti. U 2010., Bernhardi i sur. proizvela 1 cm glinice dopiranog Erbium-om na supstratu silikonskog oksida kako bi se dobila laserski izlaz s širinom linije od oko 1,7 kHz. Iste godine, Liang i sur. Koristili su povratne informacije o samoiccucidiranju zaostalog Rayleigh-ovog raspršivanja formiranog visoko-Q Echo Wall rezonatorom za kompresiju širine laserske linije poluvodiča, kao što je prikazano na slici 1, i na kraju je dobio usku lasersku izlaznu izlaz od 160 Hz.
Sl. 1 (a) Dijagram kompresije poluvodiča laserske širine linije na temelju samo-injekcije Rayleigh-ove raspršivanja vanjskog rezonatora rezonatora galerije šaputa;
(b) frekvencijski spektar slobodnog trčanja poluvodičkog lasera s širinom linije od 8 MHz;
(c) Frekvencijski spektar lasera s širinom linije komprimiranim na 160 Hz
2.1.2 LASER VIJEKA LINIJE
Za lasere vlakana od linearne šupljine, laserski izlaz uske propuste u jednostrukom longitudinalnom načinu dobiva se skraćivanjem duljine rezonatora i povećanjem intervala uzdužnog načina rada. 2004. godine Spiegelberg i sur. Dobili su jedan uzdužni način laserskog izlaza u usku širinu s linijskom širinom od 2 kHz primjenom metode kratke šupljine DBR. U 2007. Shen i sur. Upotrijebio je silikonsko vlakno od 2 cm silikonskog vlakana za pisanje FBG-a na bi-GE-dopiranom fotoosjetljivom vlaknu i spojio ga s aktivnim vlaknima kako bi formirao kompaktnu linearnu šupljinu, čineći svoju lasersku izlaznu liniju širinu manje od 1 kHz. U 2010. godini, Yang i sur. Koristila je 2 cm visoko dopiranu kratku linearnu šupljinu u kombinaciji s uskim FBG filterom za dobivanje jednog laserskog izlaza uzdužnog načina rada s širinom linije manjom od 2 kHz. U 2014. godini tim je koristio kratku linearnu šupljinu (virtualni presavijeni rezonator prstena) u kombinaciji s FBG-FP filtrom kako bi dobio laserski izlaz s ucom širinom linije, kao što je prikazano na slici 3., u 2012., Cai i sur. Koristio je strukturu kratke šupljine od 1,4 cm za dobivanje polarizirajućeg laserskog izlaza s izlaznom snagom većom od 114 MW, središnjom valnom duljinom od 1540,3 nm i širinom linije od 4,1 kHz. U 2013., Meng i sur. koristio je brillouinovo raspršivanje vlakana dopiranog erbiju s kratkom prstenom šupljine pune pristranosti za očuvanje uređaja kako bi se dobila jednongitudinalni način rada, laserski izlaz s niskom faznom bukom s izlaznom snagom od 10 MW. U 2015. godini tim je koristio prstenastu šupljinu sačinjenu od vlakana dopiranog 45 cm erbijuma kao Brillouinov medij raspršivanja kako bi dobio nizak prag i uske laserske izlaz.
Sl. 2 (a) Shematski crtež lasera SLC vlakana;
(b) Lineshepe heterodin signala izmjeren s kašnjenjem od 97,6 km vlakana
Post Vrijeme: studeno 20-2023