Laserski izvorni tehnologija zaoptična vlaknazaznavanje prvega dela
Tehnologija optičnega zaznavanja vlaken je nekakšna tehnologija zaznavanja, ki je bila razvita skupaj s tehnologijo optičnih vlaken in tehnologijo komunikacije optičnih vlaken, in postala je ena najbolj aktivnih vej fotoelektrične tehnologije. Sistem za zaznavanje optičnih vlaken je sestavljen predvsem iz laserskih, prenosnih vlaken, senzorskih elementov ali modulacijskega območja, zaznavanja svetlobe in drugih delov. Parametri, ki opisujejo značilnosti svetlobnega vala, vključujejo intenzivnost, valovno dolžino, fazo, polarizacijsko stanje itd. Te parametre se lahko spremenijo z zunanjimi vplivi pri prenosu optičnih vlaken. Na primer, ko temperatura, obremenitev, tlak, tok, premik, vibracija, vrtenje, upogib in kemična količina vplivajo na optično pot, se ti parametri ustrezno spreminjajo. Zaznavanje optičnih vlaken temelji na razmerju med temi parametri in zunanjimi dejavniki za zaznavanje ustreznih fizičnih količin.
Obstaja veliko vrstLaserski virUporablja se v sistemih za zaznavanje optičnih vlaken, ki jih je mogoče razdeliti v dve kategoriji: skladnoLaserski viriin neskladne svetlobne vire, neskladnisvetlobni viriV glavnem vključujejo diode z žarilno svetlobo in svetlobo, skladni svetlobni viri pa vključujejo trdne laserje, tekoče laserje, plinske laserje,polprevodniški laserinLaser vlaken. Sledi predvsem zaLaserski vir svetlobeV zadnjih letih se široko uporablja na področju zaznavanja vlaken: Ozka širina črte Enofrekvenčni laserski laserski laserski in beli laser.
1.1 Zahteve za ozko širino linijeLaserski viri svetlobe
Sistem za zaznavanje optičnih vlaken ni mogoče ločiti od laserskega vira, saj izmerjeni svetlobni val signala, sam laserski svetlobni vir, kot so stabilnost moči, laserska širina linije, fazni hrup in drugi parametri na razdalji zaznavanja optičnega zaznavanja vlaken, natančnost zaznavanja, občutljivost in značilnosti hrupa. V zadnjih letih so akademiji in industrija z razvojem ultra-visokih sistemov za zaznavanje optičnih vlaken na dolge razdalje postavljali strožje zahteve za zmogljivost laserske širine laserske miniaturizacije, predvsem v: optični frekvenčni odbojni odbojni domeni (OFD), ki tehnologijo za odkrivanje koherenta uporablja za analizo razpršenih signalov, ki so razpršene signale, ki so razpršene signale v signalih optičnih fibrov v optičnih fiblah. Prednosti visoke ločljivosti (ločljivost milimetra) in visoka občutljivost (do -100 dBm) so postale ena od tehnologij s širokimi možnostmi uporabe pri porazdeljenih merilnih in zaznavnih tehnologiji. Jedro tehnologije OFD je uporaba nastavljivega svetlobnega vira za doseganje optične frekvenčne nastavitve, zato delovanje laserskega vira določa ključne dejavnike, kot so območje zaznavanja OFD, občutljivost in ločljivost. Kadar je razdalja točke odseva blizu koherenčne dolžine, bo intenzivnost utripa signala eksponentno oslabljena s koeficientom τ/τc. Za Gaussov svetlobni vir s spektralno obliko, da bi zagotovili, da ima frekvenca utripa več kot 90 -odstotno vidnost, je razmerje med širino črte svetlobnega vira in največjo dolžino zaznavanja, ki jo lahko doseže sistem, lmax ~ 0,04vg/f, kar pomeni, da je za vlakno z dolžino 80 km, širina svetlobe, širine svetlobe, manj kot 100 hz. Poleg tega je razvoj drugih aplikacij predlagal tudi višje zahteve za širino vira svetlobe. Na primer, v hidrofonskem sistemu optičnih vlaken, širina svetlobnega vira določa hrup sistema in določa tudi minimalni merljiv signal sistema. V reflektorju optične domene Brillouin (BOTDR) je merilna ločljivost temperature in napetosti določena predvsem s širino linije svetlobnega vira. V optični žiro resonatorske vlaken lahko koherenčno dolžino svetlobnega vala povečamo z zmanjšanjem širine črte svetlobnega vira, s čimer izboljšamo finost in resonančno globino resonatorja, zmanjšamo širino črte resonatorja in zagotavljate natančnost merjenja vlaken optičnega žiro.
1.2 Zahteve za pometne laserske vire
Laser z eno samo valovno dolžino ima prilagodljivo zmogljivost nastavitve valovne dolžine, lahko nadomesti več izhodnih laserjev s fiksno valovno dolžino, zmanjša stroške konstrukcije sistema, je nepogrešljiv del sistema za zaznavanje optičnih vlaken. Na primer, pri zaznavanju plinskih vlaken v sledovih imajo različne vrste plinov različne vrhove absorpcije plina. Da bi zagotovili učinkovitost absorpcije svetlobe, ko je merilni plin zadostno in doseže večjo občutljivost za merjenje, je treba poravnati valovno dolžino prenosne svetlobne vire z absorpcijskim vrhom molekule plina. Vrsta plina, ki ga je mogoče zaznati, je v bistvu določena z valovno dolžino vira zaznavanja svetlobe. Zato imajo ozki laserji širine s stabilno širokopasovno uglaševanje večjo merilno prožnost v takšnih senzorskih sistemih. Na primer, v nekaterih porazdeljenih sistemih za zaznavanje optičnih vlaken, ki temeljijo na odboru optične frekvence domene, je treba laser hitro občasno pomesti, da doseže visoko natančno koherentno odkrivanje in demodulacijo optičnih signalov, zato ima hitrost modulacije laserskega vira razmeroma visoke potrebe in hitrost prilagodljivega prilagodljivega laserja. Poleg tega se lahko nagiba valovna dolžina laser o ozki širini linije široko uporablja tudi v LIDAR, laserskem daljinskem zaznavanju in spektralni analizi z visoko ločljivostjo in drugih zaznavnih poljih. In order to meet the requirements of high performance parameters of tuning bandwidth, tuning accuracy and tuning speed of single-wavelength lasers in the field of fiber sensing, the overall goal of studying tunable narrow-width fiber lasers in recent years is to achieve high-precision tuning in a larger wavelength range on the basis of pursuing ultra-narrow laser linewidth, ultra-low phase noise, and Ultra stalna izhodna frekvenca in moč.
1.3 Povpraševanje po belem laserskem svetlobnem viru
Na področju optičnega zaznavanja je visokokakovosten laser iz bele svetlobe zelo pomemben za izboljšanje zmogljivosti sistema. Čim širši je spekter pokritost laserja bele svetlobe, bolj obsežna je njegova uporaba v sistemu za zaznavanje optičnih vlaken. Na primer, pri uporabi Fiber Bragg rešetk (FBG) za izdelavo senzorskega omrežja bi lahko za demodulacijo uporabili spektralno analizo ali prilagodljivo metodo ujemanja filtra. Prva je uporabila spektrometer za neposredno testiranje vsake fbg resonančne valovne dolžine v omrežju. Slednji uporablja referenčni filter za sledenje in umerjanje FBG v zaznavanju, oba pa zahtevata širokopasovni vir svetlobe kot testni vir svetlobe za FBG. Ker bo vsako dostopno omrežje FBG določeno izgubo vstavitve in ima pasovno širino več kot 0,1 nm, hkratna demodulacija več FBG zahteva širokopasovni vir svetlobe z visoko močjo in visoko pasovno širino. Na primer, pri uporabi reševanja vlaken z dolgimi obdobji (LPFG) za zaznavanje, saj je pasovna širina posameznega vrha izgube v vrstnem redu 10 nm, je potreben širok spekter svetlobni vir z zadostno pasovno širino in relativno ravnim spektrom, da se natančno opisujejo njene resonančne največje značilnosti. Zlasti lahko nariba akustičnih vlaken (AIFG), zgrajena z uporabo akouzto-optičnega učinka, z električno nastavitvijo doseže razpon resonančne valovne dolžine do 1000 nm. Zato dinamično testiranje rešetke s tako zelo širokim razponom nastavitve predstavlja velik izziv za pasovno širino svetlobnega vira širokega spektra. Podobno se je v zadnjih letih na področju zaznavanja vlaken pogosto uporabljala tudi nagibna rešetka Bragg Fiber. Zaradi svojih značilnosti spektra izgube z več najvišjimi dosežki lahko območje porazdelitve valovne dolžine običajno doseže 40 nm. Njegov zaznavni mehanizem je običajno primerjati relativno gibanje med več vrhovi prenosa, zato je treba v celoti meriti njegov prenosnik. Pasovna širina in moč širokega spektralnega svetlobnega vira morata biti višji.
2. Status raziskovanja doma in v tujini
2.1 Oza laserska svetlobna vir ozke širine
2.1.1 Ozka linijska širina polprevodnika porazdeljena povratna informacija laser
Leta 2006 sta Cliche in sod. zmanjšala lestvico polprevodnika MHZDFB laser(porazdeljeni povratni laser) na lestvico KHZ z uporabo metode električnih povratnih informacij; Leta 2011 sta Kessler in sod. Uporabljena nizka temperatura in visoka stabilnost enojna kristalna votlina v kombinaciji z aktivnim krmiljenjem povratnih informacij za pridobivanje laserskega izhoda ultra-nalete linijske širine 40 MHz; Leta 2013 so Peng in drugi pridobili polprevodniški laserski izhod z linijo 15 kHz z uporabo metode zunanje nastavitve povratnih informacij Fabry-Perot (FP). Metoda električnih povratnih informacij je v glavnem uporabljala povratne povratne informacije o stabilizaciji frekvence ribnika, da se je laserska širina svetlobnega vira zmanjšala. Leta 2010 so Bernhardi in sod. Proizvajal je 1 cm erbijeve alumina FBG na podlagi silicijevega oksida, da dobimo laserski izhod s širino črte približno 1,7 kHz. Istega leta sta Liang in sod. Uporabil povratne informacije o samoinjekciji za nazaj Rayleighovo razprševanje, ki ga tvori resonator z visokim Q odmevom za polprevodniško lasersko stiskanje širine linije, kot je prikazano na sliki 1, in na koncu dobila ozki laserski izhod širine širine 160 Hz.
Sl.
(b) frekvenčni spekter prostega tekočega polprevodniškega laserja z 8 MHz;
(c) frekvenčni spekter laserja s širino, stisnjeno na 160 Hz
2.1.2 LASER ZAZKIH LIBIDENTH LIBER
Za laserje linearnih votlin vlakna se z skrajšanjem dolžine resonatorja in povečanjem intervala vzdolžnega načina dobi ozek laserski laserski izhod enojnega vzdolžnega načina. Leta 2004 sta Spiegelberg in sod. Pridobil je en sam vzdolžni način ozek laserski izhod z linijo z oblogo 2 kHz z uporabo DBR kratke votline. Leta 2007 Shen in sod. Za pisanje FBG na fotoobčutljivem vlaknu, ki ga je napisal FBG, je uporabil 2 cm silikonsko vlakno, dopirano z erbijem, in ga zlila z aktivnim vlaknom, da je tvorila kompaktno linearno votlino, s čimer je bila širina laserske izhodne črte manjša od 1 kHz. Leta 2010 so Yang in sod. Za pridobitev enega samega laserskega izhoda vzdolžnega načina s širino črte manj kot 2 kHz je uporabil 2cm visoko dopirano kratko linearno votlino v kombinaciji z ozko pasovnim FBG filtrom. Leta 2014 je ekipa uporabila kratko linearno votlino (virtualni prepognjen resonator obroča) v kombinaciji s filtrom FBG-FP, da je pridobila laserski izhod z ožjo širino črte, kot je prikazano na sliki 3. Leta 2012, Cai in sod. uporabil 1,4 cm kratke strukture votline za pridobitev polarizirajočega laserskega izhoda z izhodno močjo, večjo od 114 MW, osrednjo valovno dolžino 1540,3 nm in širino črte 4,1 kHz. Leta 2013 so Meng in sod. Uporabljeno briljansko razprševanje vlaknin, dopiranih z erbijem s kratkim obročnim votlino naprave, ki ohranja polno pristranskost, da dobite eno dolgega dolžini, nizkofazni hrupni laserski izhod z izhodno močjo 10 mW. Leta 2015 je ekipa uporabila obročeno votlino, sestavljeno iz 45 cm vlakna, dopiranih z erbijem, saj je Brillouinovo razprševanje pridobilo medij za pridobitev nizkega praga in ozkega laserskega izhoda linijske širine.
Slika 2 (a) Shematska risba laserja SLC vlaken;
(b) Obloge signala heterodyna, izmerjeno z 97,6 km zakasnitve
Čas objave: november-20-2023