Lazerio šaltinio technologijaOptinis pluoštasPajutę pirmąją dalį
Optinio pluošto jutimo technologija yra tam tikra jutimo technologija, sukurta kartu su optinio pluošto technologija ir optinio pluošto ryšių technologija, ir ji tapo viena aktyviausių fotoelektrinių technologijos šakų. Optinio pluošto jutimo sistemą daugiausia sudaro lazeris, perdavimo pluoštas, jutimo elementas ar moduliacijos plotas, šviesos aptikimas ir kitos dalys. Parametrai, apibūdinantys šviesos bangos charakteristikas, apima intensyvumą, bangos ilgį, fazę, poliarizacijos būseną ir kt. Šiuos parametrus gali pakeisti išorinė įtaka optinio pluošto perdavimui. Pavyzdžiui, kai temperatūra, deformacija, slėgis, srovė, poslinkis, vibracija, sukimasis, lenkimas ir cheminis kiekis veikia optinį kelią, šie parametrai atitinkamai keičiasi. Optinio pluošto jutimas grindžiamas šių parametrų ir išorinių veiksnių ryšiu, kad būtų galima nustatyti atitinkamus fizinius kiekius.
Yra daugybė tipųLazerio šaltinisNaudojamas optinio pluošto jutimo sistemose, kurias galima suskirstyti į dvi kategorijas: nuoseklusLazerio šaltiniaiir nenuoseklūs šviesos šaltiniai, nenuoseklūsŠviesos šaltiniaiDaugiausia įeina kaitrinės šviesos ir šviesos diodai, o nuoseklūs šviesos šaltiniai apima kietų lazerių, skystų lazerių, dujų lazerių,Puslaidininkių lazerisirpluošto lazeris. Toliau tai daugiausia skirtaLazerio šviesos šaltinisPastaraisiais metais plačiai naudojamas pluošto jutimo srityje: siauros linijos pločio vieno dažnio lazeris, vieno bangos ilgio valymo dažnio lazeris ir baltas lazeris.
1.1 Siauro linijinio pločio reikalavimaiLazerio šviesos šaltiniai
Optinio pluošto jutiklių sistema negali būti atskirta nuo lazerio šaltinio, nes išmatuota signalo nešiklio šviesos banga, pats lazerio šviesos šaltinis, pavyzdžiui, elektros stabilumas, lazerio linijos plotis, fazių triukšmas ir kiti optinio pluošto jutimo sistemos aptikimo atstumo, aptikimo, aptikimo, aptikimo, aptikimo. Tikslumas, jautrumas ir triukšmo savybės vaidina lemiamą vaidmenį. Pastaraisiais metais, plėtojant tolimosios raiškos optinio pluošto jutimo sistemas, akademinė bendruomenė ir pramonė pateikė griežtesnius reikalavimus, susijusius su lazerio miniatiūrizacijos linijos bruožu, daugiausia: optinio dažnio srities atspindys (OFDR) technologija naudoja darną. Aptikimo technologija, skirta analizuoti bacreleigh išsklaidytus optinių pluoštų signalus dažnio srityje, plačiai padengta (tūkstančiai metrų). Didelės skiriamosios gebos (milimetro lygio skiriamoji geba) ir didelio jautrumo (iki –100 dBm) pranašumai tapo viena iš technologijų, turinčių plačias taikymo perspektyvas paskirstyto optinio pluošto matavimo ir jutimo technologijose. OFDR technologijos esmė yra naudoti suderinamą šviesos šaltinį, kad būtų galima atlikti optinio dažnio derinimą, todėl lazerio šaltinio veikimas nustato pagrindinius veiksnius, tokius kaip OFDR aptikimo diapazonas, jautrumas ir skiriamoji geba. Kai atspindžio taško atstumas yra artimas darnos ilgiui, ritmo signalo intensyvumas bus eksponentiškai susilpnintas koeficiento τ/τc. Gauso šviesos šaltiniui, turinčiam spektrinę formą, siekiant užtikrinti, kad ritmo dažnis būtų daugiau nei 90% matomumo, ryšys tarp šviesos šaltinio linijos pločio ir maksimalaus jutimo ilgio, kurį sistema gali pasiekti /F, tai reiškia, kad pluoštui, kurio ilgis yra 80 km, šviesos šaltinio linijos plotis yra mažesnis nei 100 Hz. Be to, kuriant kitas programas, taip pat pateikiami aukštesni reikalavimai šviesos šaltinio linijiniam plotui. Pavyzdžiui, optinio pluošto hidrofono sistemoje šviesos šaltinio linijos plotis nustato sistemos triukšmą ir taip pat nustato minimalų išmatuojamą sistemos signalą. „Brillouin“ optinio laiko domeno atšvaito (BOTDR) temperatūros ir įtempių matavimo skiriamąją gebą daugiausia lemia šviesos šaltinio linija. Atliekant rezonatoriaus šviesolaidinį giroskopą, šviesos bangos darnos ilgį galima padidinti sumažinant šviesos šaltinio linijos plotį, taip pagerinant rezonatoriaus subtilumą ir rezonanso gylį, sumažinant rezonatoriaus linijos plotį ir užtikrinant matavimą ir užtikrinant matavimą. Optinio šviesolaidinio giroskopo tikslumas.
1.2 Reikalavimai dėl lazerinių šaltinių
Vieno bangos ilgio valymo lazeris pasižymi lanksčiu bangos ilgio derinimo efektyvumu, gali pakeisti kelis išėjimo fiksuoto bangos ilgio lazerius, sumažinti sistemos konstrukcijos sąnaudas, yra būtina optinio pluošto jutimo sistemos dalis. Pavyzdžiui, pėdsakų dujų pluošto jutikliuose skirtingų rūšių dujos turi skirtingas dujų absorbcijos smailius. Norint užtikrinti šviesos absorbcijos efektyvumą, kai pakanka matavimo dujų, ir pasiekti didesnį matavimo jautrumą, būtina suderinti perdavimo šviesos šaltinio bangos ilgį su dujų molekulės absorbcijos smaile. Dujų rūšį, kurią galima aptikti, iš esmės nustato jutimo šviesos šaltinio bangos ilgis. Todėl siauros linijos pločio lazeriai, turintys stabilų plačiajuosčio ryšio derinimo efektyvumą, turi didesnį matavimo lankstumą tokiose jutimo sistemose. Pavyzdžiui, kai kuriose paskirstytose optinio pluošto jutimo sistemose, pagrįstose optinio dažnio domeno atspindys, lazeriu reikia greitai periodiškai valyti, kad būtų pasiektas aukšto tikslumo nuoseklus optinių signalų nustatymas ir demoduliavimas, todėl lazerio šaltinio moduliacijos greitis turi palyginti didelius reikalavimus. , ir paprastai reikalingas reguliuojamo lazerio valymo greitis, norint pasiekti 10 pm/μs. Be to, bangos ilgio suderinamas siauros linijos pločio lazeris taip pat gali būti plačiai naudojamas „LiDAR“, „Laser“ nuotoliniame stebėjimo ir didelės skiriamosios gebos spektrinėje analizėje bei kitose jutimo laukuose. Siekiant patenkinti aukšto našumo pralaidumo parametrų reikalavimus, vieno bangos ilgio lazerių derinimo tikslumą ir derinimo greitį pluošto jutimo srityje, bendras tikslas pastaraisiais metais ištirti suderinamą siauros pluošto lazerius-pasiekti aukštą-pasiekti aukštą. Tikslus derinimas didesniame bangos ilgio diapazone, siekiant siekti ypač pasakytinų lazerių linijos pločio, ypač mažo fazės triukšmo ir ypač stabilių išėjimo dažnis ir galia.
1.3 Baltojo lazerio šviesos šaltinio paklausa
Optinio jutimo srityje aukštos kokybės baltos šviesos lazeris turi didelę reikšmę norint pagerinti sistemos veikimą. Kuo platesnis baltojo šviesos lazerio spektro aprėptis, tuo išsamesnis jo pritaikymas optinio pluošto jutimo sistemoje. Pvz., Demoduliacijai galėtų būti naudojamas naudojant pluošto Bragg grotelių (FBG) jutiklių tinklui sukonstruoti, spektrinei analizei ar derinimo filtro atitikimo metodui. Pirmasis naudojo spektrometrą, kad tiesiogiai patikrintų kiekvieną FBG rezonansinį bangos ilgį tinkle. Pastarasis naudoja etaloninį filtrą, kad galėtų sekti ir kalibruoti FBG jutikliuose, kurie abiems reikalauja plačiajuosčio šviesos šaltinio kaip FBG bandomojo šviesos šaltinio. Kadangi kiekvienas FBG prieigos tinklas turės tam tikrą įterpimo praradimą ir jo pralaidumas yra didesnis nei 0,1 nm, tuo pačiu metu daugialypių FBG demoduliacijai reikia plačiajuosčio šviesos šaltinio, turinčio didelę galią ir didelę pralaidumą. Pvz., Kai jutimui naudojama ilgo laikotarpio pluošto grotelių (LPFG), nes vieno praradimo smailės pralaidumas yra 10 nm, plataus spektro šviesos šaltinis, kurio pralaidumas yra pakankamas ir santykinai lygus spektras, norint tiksliai apibūdinti jo rezonansinį spektrą. smailės charakteristikos. Visų pirma, akustinio pluošto grotelės (AIFG), pagamintos naudojant akusto-optinį efektą, gali pasiekti rezonansinio bangos ilgio derinimą iki 1000 nm, naudojant elektrinį derinimą. Todėl dinaminis grotelių bandymas su tokiu ypač pločio derinimo diapazonu kelia didelį iššūkį plačiajam spektro šviesos šaltiniui pralaidumo diapazonui. Panašiai pastaraisiais metais pakreiptos Bragg pluošto grotelės taip pat buvo plačiai naudojamos pluošto jutimo srityje. Dėl savo kelių piko praradimo spektro charakteristikų bangos ilgio pasiskirstymo diapazonas paprastai gali pasiekti 40 nm. Jo jutimo mechanizmas paprastai yra palyginti santykinį judėjimą tarp kelių perdavimo smailių, todėl būtina visiškai išmatuoti jo perdavimo spektrą. Reikalaujama, kad plataus spektro šviesos šaltinio pralaidumas ir galia būtų didesni.
2. Tyrimo statusas namuose ir užsienyje
2.1 Siauras linijos plotis lazerio šviesos šaltinis
2.1.1 Siauros linijos pločio puslaidininkis paskirstyto grįžtamojo ryšio lazeris
2006 m. Cliche ir kt. sumažino puslaidininkio MHz skalęDFB lazeris(Paskirstytas grįžtamojo ryšio lazeris) KHZ skalėje, naudojant elektrinio grįžtamojo ryšio metodą; 2011 m. Kessler ir kt. Naudojama žemos temperatūros ir didelio stabilumo vienos kristalų ertmė, sujungta su aktyvia grįžtamojo ryšio kontrole, siekiant gauti 40 MHz ultragarsinių linijų pločio lazerio išėjimą; 2013 m. Peng ir kt. Gavo puslaidininkio lazerio išėjimą su 15 kHz linijos pločiu, naudodamiesi išorinio Fabry-perot (FP) grįžtamojo ryšio koregavimo metodu. Elektros grįžtamojo ryšio metodas daugiausia naudoja tvenkinio-drever-hall dažnio stabilizavimo grįžtamąjį ryšį, kad šviesos šaltinio lazerio linijos plotis būtų sumažintas. 2010 m. Bernhardi ir kt. pagamino 1 cm Erbium-Doped aliuminio oksido FBG ant silicio oksido substrato, kad būtų gautas lazerio išėjimas, kurio linijos plotis yra apie 1,7 kHz. Tais pačiais metais Liang ir kt. Naudojo atsiliepimą apie atgalinį Rayleigh sklaidą, suformuotą aukšto Q aido sienos rezonatoriumi puslaidininkio lazerio linijos pločio glaudinimui, kaip parodyta 1 paveiksle, ir galiausiai gavo siaurą linijos pločio lazerio išėjimą 160 Hz.
1 pav. (A) Puslaidininkinio lazerio linijinio pločio glaudinimo schema, pagrįsta išorinio šnabždesio galerijos režimo rezonatoriaus savaiminio injekcijos Rayleigh išsklaidymu;
b) laisvo veikiančio puslaidininkio lazerio dažnio spektras, kurio linijos plotis yra 8 MHz;
c) Lazerio dažnio spektras, suspaudžiamas iki 160 Hz
2.1.2 Siauras linijos pločio pluošto lazeris
Linijinei ertmės pluošto lazeriams siauros linijos pločio lazerio išėjimas Vieno išilginio režimo lazerio išėjimas gaunamas sutrumpinant rezonatoriaus ilgį ir padidinant išilginio režimo intervalą. 2004 m. Spiegelberg ir kt. Gavo vieną išilginį režimą siaurą linijos pločio lazerio išėjimą su 2 kHz linijos pločiu, naudojant DBR trumposios ertmės metodą. 2007 m. Shen ir kt. Naudojo 2 cm stipriai Erbium-ąžų silicio pluoštą, norėdamas parašyti FBG ant „Bi-GE“ fotostruojamo pluošto, ir suliejo jį aktyviu pluoštu, kad susidarytų kompaktiška tiesinė ertmė, todėl jo lazerio išėjimo linijos plotis mažesnis nei 1 kHz. 2010 m. Yang ir kt. Naudojama 2 cm labai dopuotos trumpos linijinės ertmės, sujungtos su siauros juostos FBG filtru, kad gautumėte vieną išilginio režimo lazerio išėjimą, kurio linijos plotis mažesnis nei 2 kHz. 2014 m. Komanda naudojo trumpą linijinę ertmę (virtualų sulankstytą žiedo rezonatorių) kartu su FBG-FP filtru, kad gautų lazerio išėjimą su siauresnio linijos pločiu, kaip parodyta 3 paveiksle. 2012 m., Cai ir kt. Naudojama 1,4 cm trumpos ertmės struktūra, kad gautų poliarizuojantį lazerio išėjimą, kurio išėjimo galia yra didesnė kaip 114 MW, centrinis bangos ilgis 1540,3 nm, o linijos plotis - 4,1 kHz. 2013 m. Meng ir kt. Naudojamas „Erbium-Doped“ pluošto išsibarstymas su trumpu žiedo ertme, turinčiam visiško poslinkio išsaugojimo įtaisą, kad būtų gautas vieno ilgio režimo, mažos fazės triukšmo lazerio išėjimas, kurio išėjimo galia yra 10 MW. 2015 m. Komanda naudojo žiedinę ertmę, sudarytą iš 45 cm Erbium ląstelinio pluošto, kaip Brillouino sklaidos padidėjimo terpę, kad gautų žemą slenkstį ir siaurą linijos pločio lazerio išėjimą.
2 pav. (A) SLC pluošto lazerio schema;
b) Heterodino signalo linija, išmatuota 97,6 km pluošto delsimu
Pašto laikas: 2012 m. Lapkričio 20 d