Uporaba enofrekvenčnega polprevodniškega laserja pri natančnem merjenju motenj svetlobnih valov

UporabaEnofrekvenčni polprevodniški laserpri natančnem merjenju motenj svetlobnih valov
Uporaba enotne frekvencepolprevodniški laserna področjih preciznih meritev, kot so hidrofoni z optičnimi vlakni in zemeljski interferometri, podrobno pa je analiziran ključni vpliv delovanja laserja na delovanje interferometričnih sistemov.

Osnovna struktura in princip delovanja sistema: Sistem hidrofonov z optičnimi vlakni je sestavljen predvsem iz zaznavalne glave in interferometra (na primer interferometer MZ). Osnovno načelo je, da zvočni signal (zvočni tlak Δp) deluje na zaznavalno glavo in povzroča spremembe v dolžini in lomnem količniku zaznavalnega vlakna, ovitega okoli votlega valja, s čimer se uvedejo spremembe v optični poti. To majhno spremembo optične poti (tj. fazno spremembo) interferometer zazna z visoko občutljivostjo.

1. Senzorska glava: Njena glavna funkcija je pretvorba zvočnih vibracij v spremembe v optični poti interferometra. Koeficient občutljivosti s je povezan z dejavniki, kot je dolžina vlakna L, daljša senzorska vlakna pa so koristna za izboljšanje občutljivosti sistema.
2. Interferometer: Je »najboljše orožje« za zaznavanje majhnih faznih sprememb. Izhodna intenzivnost svetlobe je kosinusno povezana s fazno razliko. S stabilizacijo statičnega faznega odstopanja φ ₀ v ortogonalni delovni točki ((m+1/2)π) lahko sistem doseže najvišjo občutljivost zaznavanja.
3. Ključni parametri svetlobnega vira, ki vplivajo na delovanje sistema: Članek se osredotoča na analizo omejitev delovanja laserja pri doseganju visoke fazne ločljivosti (s tarčo ≤ 1 μ rad).
4. LaserFrekvenčni šum in širina črte: Frekvenčni šum laserja lahko povzroči interferenčni fazni šum, s čimer zmanjša vidnost interferenčnih robov. Za interferometer z optično razliko poti približno 1 meter mora biti širina črte laserja manjša od približno 30 Hz, da se doseže fazna ločljivost 1 μ rad. To je zelo visoka zahteva za frekvenčno stabilnostvir svetlobe.
5. Šum intenzivnosti laserja: Relativni šum intenzivnosti (RIN) laserja se bo neposredno pretvoril v fazno napako interferenčnega signala. Za dosego fazne ločljivosti 1 μ rad pri tipični moči detekcijske svetlobe (~100 μ W) je treba RIN laserja zmanjšati pod -120 dB. To je zelo visoka zahteva za stabilnost intenzivnosti svetlobnega vira.

Skratka, z analizo sistema hidrofonov z optičnimi vlakni so opredeljene stroge zahteve za osrednji svetlobni vir – enofrekvenčni polprevodniški laser – glede izjemno ozke širine črte (visoka frekvenčna stabilnost) in izjemno nizke intenzivnosti šuma pri natančnih meritvah, ki temeljijo na principu interference, ter predstavljeni so izzivi stabilizacije laserske frekvence, s katerimi se soočamo pri aplikacijah v velikih sistemih.