Technológia laserového zdroja preoptické vláknoSnímanie prvej časti
Technológia snímania optických vlákien je druh snímacej technológie vyvinutej spolu s technológiou optických vlákien a komunikačnou technológiou optických vlákien a stala sa jednou z najaktívnejších odvetví fotoelektrickej technológie. Systém snímania optických vlákien sa skladá hlavne z lasera, prenosového vlákna, snímacieho prvku alebo modulačnej oblasti, detekcie svetla a ďalších častí. Parametre opisujúce charakteristiky svetelnej vlny zahŕňajú intenzitu, vlnovú dĺžku, fázu, stav polarizácie atď. Tieto parametre sa môžu meniť vonkajšími vplyvmi pri prenose optických vlákien. Napríklad, keď teplota, namáhanie, tlak, prúd, posun, vibrácie, rotácia, ohyb a chemické množstvo ovplyvňujú optickú cestu, tieto parametre sa zodpovedajúco menia. Snímanie optických vlákien je založené na vzťahu medzi týmito parametrami a vonkajšími faktormi na detekciu zodpovedajúcich fyzikálnych množstiev.
Existuje veľa typovlaserový zdrojPoužíva sa v systémoch snímania optických vlákien, ktoré možno rozdeliť do dvoch kategórií: koherentnélaserové zdrojea nekoherentné zdroje svetla, nesúdržnésvetelné zdrojeZahŕňajú hlavne žiarovky a diódy emitujúce svetlo a koherentné zdroje svetla zahŕňajú pevné lasery, tekuté lasery, plynové lasery,polovodičový laseravláknitý laser. Nasledujúce je hlavne prelaserový zdroj svetlaVšeobecne sa používané v oblasti snímania vlákien v posledných rokoch: úzka šírka čiary, jednostranná laserová laserová, laserová laserová a biela laserová frekvencia s jednou vlnovou dĺžkou a biely laser.
1.1 Požiadavky na úzku šírku riadkovzdroje laserového svetla
Systém snímania optických vlákien sa nedá oddeliť od laserového zdroja, pretože nameraná vlna svetla nosiča signálu, samotný výkon laserového svetla, ako je stabilita výkonu, laserový šírka čiar, fázový šum a ďalšie parametre v oblasti detekčnej vzdialenosti snímania optických vlákien, hrajú rozhodujúcu úlohu. V posledných rokoch, s vývojom systémov snímania optických vlákien na veľké vzdialenosti na dlhé vzdialenosti, akademickej obce a priemyslu predložili prísnejšie požiadavky na výkonnosť šírky laserovej miniaturizácie, najmä v: optickej frekvenčnej oblasti reflexie domény (OFDR) technológie koherentnej detekcie na analýzu backrayleigh rozptýlených signálov optických vlákien vo frekvenčných údajoch (s frekvenčnými údajmi). Výhody s vysokým rozlíšením (rozlíšenie na úrovni milimetra) a vysokej citlivosti (do -100 dBm) sa stali jednou z technológií so širokými vyhliadkami na aplikáciu v distribuovanej technológii merania optických vlákien a snímania. Jadrom technológie OFDR je použitie laditeľného zdroja svetla na dosiahnutie ladenia optickej frekvencie, takže výkon laserového zdroja určuje kľúčové faktory, ako je rozsah detekcie OFDR, citlivosť a rozlíšenie. Ak je vzdialenosť odrazu blízko k dĺžke koherencie, intenzita signálu rytmu bude exponenciálne oslabená koeficientom τ/τc. V prípade gaussovského zdroja svetla so spektrálnym tvarom, aby sa zabezpečilo, že frekvencia rytmu má viac ako 90% viditeľnosť, je vzťah medzi šírkou čiary svetla a maximálnou dĺžkou snímania, ktorú môže systém dosiahnuť Okrem toho vývoj ďalších aplikácií tiež predložil vyššie požiadavky na šírku lineárne zdroja svetla. Napríklad v systéme optických vlákien hydrofón určuje šírka linky zdroja svetla šum a tiež určuje minimálny merateľný signál systému. V reflektore optickej časovej domény brillouínu (BOTDR) je rozlíšenie teploty a napätia merania určené hlavne šírkou linky zdroja svetla. V gyre optických vlákien rezonátora sa dĺžka koherencie svetelnej vlny môže zvýšiť znížením šírky čiary zdroja svetla, čím sa zlepší hĺbka jemnosti a rezonancie rezonátora, znížením šírky čiary rezonátora a zabezpečením presnosti merania gyro optického vlákna.
1.2 Požiadavky na zametanie laserových zdrojov
Laser s jednou vlnovou dĺžkou má flexibilný výkon ladenia vlnovej dĺžky, môže nahradiť viac výstupných laserov s pevnými vlnovými dĺžkami, znížiť náklady na konštrukciu systému, je nevyhnutnou súčasťou systému snímania optických vlákien. Napríklad pri snímaní stopových plynových vlákien majú rôzne druhy plynov rôzne vrcholy absorpcie plynu. Aby sa zabezpečila účinnosť absorpcie svetla, keď je merací plyn dostatočný a dosiahne vyššiu citlivosť na meranie, je potrebné zarovnať vlnovú dĺžku zdroja prenosového svetla s absorpčným vrcholom molekuly plynu. Typ plynu, ktorý sa dá zistiť, je v podstate určený vlnovou dĺžkou zdroja snímacieho svetla. Preto v takýchto snímacích systémoch majú v takýchto snímacích systémoch vyššiu flexibilitu merania s úzkym šírkou šírky. Napríklad v niektorých distribuovaných systémoch snímania optických vlákien založených na odrazu optickej frekvenčnej domény musí byť laser rýchlo pravidelne zametaný, aby sa dosiahla vysoko presná koherentná detekcia a demodulácia optických signálov, takže rýchlosť modulácie zdroja laseru má relatívne vysoké požiadavky a rýchlosť zametania je zvyčajne potrebná na dosiahnutie 10 PM/μs. Okrem toho sa môže laser s úzkym šírkou vĺn na vlnovej dĺžke široko používať aj v LIDAR, laserovom diaľkovom snímaní a spektrálnej analýze s vysokým rozlíšením a ďalších snímacích poliach. Aby sa splnili požiadavky vysoko výkonných parametrov ladenia šírky pásma, presnosti ladenia a rýchlosti ladenia laserov s jednou vlnovou dĺžkou v oblasti snímania vlákien, celkovým cieľom študovať laditeľné lasery vlákniny v posledných rokoch na základe ladenia s vysokou priepustnou fázou a ultra-le-le-le-le-le-le-le-le-le-le-le-letový hluk a ultra-letka a ultra-le-le-le-le-le-let-le-le-let-le-le-le-le-le-le-lemú frekvencia a sila.
1.3 Dopyt po bielom laserovom svetelnom zdroji
V oblasti optického snímania má vysoko kvalitný laser bieleho svetla veľký význam na zlepšenie výkonu systému. Čím širšie je spektrum pokrytia lasera bieleho svetla, tým rozsiahlejšia jeho aplikácia v systéme snímania optických vlákien. Napríklad pri použití mriežky Fiber Bragg (FBG) na konštrukciu siete senzorov by sa na demoduláciu mohla použiť spektrálna analýza alebo metóda porovnávania filtra laditeľnej filtra. Prvý z nich použil spektrometer na priame testovanie každej rezonančnej vlnovej dĺžky FBG v sieti. Posledne menovaný používa referenčný filter na sledovanie a kalibráciu FBG v snímaní, ktoré obidve vyžadujú širokopásmový zdroj svetla ako zdroj testovacieho svetla pre FBG. Pretože každá prístupová sieť FBG bude mať určitú stratu vloženia a má šírku pásma viac ako 0,1 nm, súčasná demodulácia viacerých FBG vyžaduje zdroj širokopásmového svetla s vysokou výkonnosťou a vysokou šírkou pásma. Napríklad pri použití dlhej mriežky vlákniny (LPFG) na snímanie, pretože šírka pásma jedného straty je v poradí 10 nm, na presnú charakterizáciu jeho rezonančného špičkového vlastností je potrebný široký zdroj svetla s dostatočnou šírkou pásma a relatívne ploché spektrum. Najmä mriežka akustických vlákien (AIFG) vytvorená pomocou akusto-optického efektu môže dosiahnuť ladiaci rozsah rezonančnej vlnovej dĺžky až do 1 000 nm pomocou elektrického ladenia. Testovanie dynamického mriežky s takýmto ultra širokým ladiacim rozsahom predstavuje veľkú výzvu pre rozsah šírky pásma širokopápadného zdroja svetla. Podobne v posledných rokoch sa v oblasti snímania vlákien široko používa aj naklonená mriežka vlákien Bragg. Vďaka svojim charakteristikám spektra straty viacerých špičiek môže rozsah distribúcie vlnovej dĺžky zvyčajne dosiahnuť 40 nm. Jeho snímací mechanizmus je zvyčajne porovnanie relatívneho pohybu medzi viacerými prenosovými vrcholmi, takže je potrebné úplne zmerať jeho prenosové spektrum. Šírka pásma a výkon širokého zdroja svetla spektra sú potrebné, aby boli vyššie.
2. Stav výskumu doma iv zahraničí
2.1 Úzke laserové svetlo s úzkym šírkou
2.1.1 Úzka polovodičová šírka distribuovaná spätná väzba Laser
V roku 2006 Cliche a kol. znížil stupnicu MHZ polovodičaLaser DFB(distribuovaná spätná väzba laser) do stupnice KHZ pomocou metódy elektrickej spätnej väzby; V roku 2011 Kessler a kol. použitá jednokryštálová dutina s nízkou teplotou a vysokou stabilitou v kombinácii s aktívnou reguláciou spätnej väzby na získanie laserového výstupu s ultra-predstranou šírkou šírky 40 MHz; V roku 2013 získali Peng et al a polovodičový laserový výstup s šírkou 15 kHz pomocou metódy externého nastavenia spätnej väzby Fabry-Perot (FP). Metóda elektrickej spätnej väzby používa hlavne spätnú väzbu pre stabilizáciu frekvencie rybníka-dever, aby sa znížila šírka laserovej šnúry svetla. V roku 2010 Bernhardi a kol. Produkoval 1 cm hliníka FBG dotovaného ERBIUM na substráte oxidu kremíka, aby sa získal laserový výstup so šírkou čiary asi 1,7 kHz. V tom istom roku Liang a kol. použila spätnú väzbu na spätný Rayleigh rozptyl, ktorý tvoril rezonátor steny s vysokým stupňom laseru pre polovodičovú laserovú šírku, ako je znázornené na obrázku 1, a nakoniec získal úzky laserový výstup šírky šírky čiary 160 Hz.
Obr. 1 (a) Schéma kompresie polovodičového laserového šírky na základe samo-injekčného Rayleighovho rozptylu rezonátora externého šepotu v galérii;
(B) frekvenčné spektrum voľne bežiaceho polovodičového lasera s šírkou line -line 8 MHz;
(C) Frekvenčné spektrum lasera s čiarami stlačenými na 160 Hz
2.1.2 Laser s úzkym šírkou šírky
V prípade laserov z lineárnych dutín sa dosiahne laserový laserový laserový výstup s jednoduchým pozdĺžnym režimom skrátením dĺžky rezonátora a zvýšením intervalu pozdĺžneho režimu. V roku 2004 Spiegelberg a kol. Získal jediný laserový výstup s úzkym šírkou linky s dlhým režimom s šírkou linky 2 kHz pomocou metódy krátkej dutiny DBR. V roku 2007 Shen a kol. Používa sa 2 cm silne erbium dotované kremíkové vlákno na písanie FBG na dvojstrannú fotosenzitívnu vlákno a fúzuje ho s aktívnym vláknom za vzniku kompaktnej lineárnej dutiny, vďaka čomu je jej šírka laserovej výstupnej čiary menšia ako 1 kHz. V roku 2010 Yang a kol. použil 2 cm vysoko dotovanú krátku lineárnu dutinu kombinovanú s úzkopásmovým filtrom FBG na získanie jediného laserového výstupu v pozdĺžnom režime so šírkou čiary menšej ako 2 kHz. V roku 2014 tím použil krátku lineárnu dutinu (virtuálny zložený kruhový rezonátor) kombinovaný s filtrom FBG-FP na získanie laserového výstupu s užšou šírkou čiary, ako je znázornené na obrázku 3. V roku 2012 Cai et al. použila 1,4 cm štruktúru krátkej dutiny na získanie polarizačného laserového výstupu s výstupným výkonom väčším ako 114 MW, centrálnou vlnovou dĺžkou 1540,3 nm a šírkou čiary 4,1 kHz. V roku 2013 Meng a kol. Použilo rozptyl brillouínu vlákna dotovaného Erbium s krátkou kruhovou dutinou zariadenia na konzervovanie plnohodnotného biasu, aby sa získal jednorazový režim, nízkofázový hlukový laserový výstup s výstupným výkonom 10 MW. V roku 2015 tím použil kruhovú dutinu zloženú zo 45 cm Erbium dopovaných vlákien ako média ziskového rozptylu brilouínu, aby sa získal nízky prahový a úzky laserový výstup šírky šírky.
Obr. 2 (a) Schematické výkresy lasera vlákien SLC;
(B) LINESHAPE heterodynového signálu meraný s oneskorením vlákna 97,6 km
Čas príspevku: november-20-2023