Technológia laserového zdroja pre snímanie optických vlákien, druhá časť

Technológia laserového zdroja pre snímanie optických vlákien, druhá časť

2.2 Rozptyl jednej vlnovej dĺžkylaserový zdroj

Realizácia laserového snímania s jednou vlnovou dĺžkou slúži v podstate na riadenie fyzikálnych vlastností zariadenia vlaserdutiny (zvyčajne strednej vlnovej dĺžky prevádzkového pásma), aby sa dosiahla kontrola a výber oscilačného pozdĺžneho módu v dutine, a tým aj účel ladenia výstupnej vlnovej dĺžky. Na základe tohto princípu sa už v 80. rokoch 20. storočia realizácia laditeľných vláknových laserov dosiahla hlavne nahradením reflexnej čelnej plochy lasera reflexnou difrakčnou mriežkou a výberom módu laserovej dutiny manuálnym otáčaním a ladením difrakčnej mriežky. V roku 2011 Zhu a kol. použili laditeľné filtre na dosiahnutie laditeľného laserového výstupu s jednou vlnovou dĺžkou a úzkou šírkou čiary. V roku 2016 bol na kompresiu s dvoma vlnovými dĺžkami použitý Rayleighov mechanizmus kompresie šírky čiary, t. j. na FBG bolo aplikované napätie na dosiahnutie ladenia laseru s dvoma vlnovými dĺžkami a súčasne bola monitorovaná šírka výstupnej laserovej čiary, čím sa dosiahol rozsah ladenia vlnovej dĺžky 3 nm. Stabilný výstup s dvoma vlnovými dĺžkami a šírkou čiary približne 700 Hz. V roku 2017 Zhu a kol. použili grafén a mikro-nanovláknovú Braggovu mriežku na výrobu plne optického laditeľného filtra a v kombinácii s technológiou Brillouinového laserového zužovania využili fototermálny efekt grafénu v blízkosti 1550 nm na dosiahnutie šírky laserového čiarového pásma až 750 Hz a fotokontrolovaného rýchleho a presného skenovania 700 MHz/ms v rozsahu vlnových dĺžok 3,67 nm. Ako je znázornené na obrázku 5. Vyššie uvedená metóda riadenia vlnovej dĺžky v podstate realizuje výber laserového režimu priamou alebo nepriamou zmenou strednej vlnovej dĺžky priepustného pásma zariadenia v laserovej dutine.

Obr. 5 (a) Experimentálne nastavenie opticky ovládateľného zariadenia s vlnovou dĺžkouladiteľný vláknový lasera systém merania;

(b) Výstupné spektrá na výstupe 2 so zosilnením riadiaceho čerpadla

2.3 Zdroj bieleho laserového svetla

Vývoj zdroja bieleho svetla prešiel rôznymi fázami, ako napríklad halogénová volfrámová výbojka, deutériová výbojka,polovodičový lasera superkontinuálny svetelný zdroj. Najmä superkontinuálny svetelný zdroj, pri excitácii femtosekundových alebo pikosekundových impulzov so superprechodovým výkonom, vytvára vo vlnovode nelineárne efekty rôznych rádov a spektrum sa výrazne rozširuje, čo môže pokryť pásmo od viditeľného svetla až po blízke infračervené žiarenie a má silnú koherenciu. Okrem toho, úpravou disperzie a nelinearity špeciálneho vlákna je možné jeho spektrum rozšíriť aj do stredného infračerveného pásma. Tento typ laserového zdroja sa široko používa v mnohých oblastiach, ako je optická koherentná tomografia, detekcia plynov, biologické zobrazovanie atď. Vzhľadom na obmedzenia svetelného zdroja a nelineárneho média sa skoré spektrum superkontinua vytváralo hlavne laserovým čerpaním optického skla v pevnej fáze, aby sa vytvorilo spektrum superkontinua vo viditeľnom rozsahu. Odvtedy sa optické vlákno postupne stalo vynikajúcim médiom na generovanie širokopásmového superkontinua vďaka svojmu veľkému nelineárnemu koeficientu a malému poľu prenosového módu. Medzi hlavné nelineárne efekty patrí štvorvlnové miešanie, modulačná nestabilita, fázová modulácia s vlastnou frekvenciou, krížová fázová modulácia, štiepenie solitónov, Ramanov rozptyl, posun vlastnej frekvencie solitónov atď. Podiel každého efektu sa tiež líši v závislosti od šírky excitačného impulzu a disperzie vlákna. Vo všeobecnosti sa teraz superkontinuálne svetelné zdroje zameriavajú najmä na zlepšenie výkonu laseru a rozšírenie spektrálneho rozsahu a venujú pozornosť ich riadeniu koherencie.

3 Zhrnutie

Tento článok sumarizuje a hodnotí laserové zdroje používané na podporu technológie snímania vlákien, vrátane laseru s úzkou šírkou čiary, laditeľného laseru s jednou frekvenciou a širokopásmového bieleho laseru. Podrobne sú predstavené aplikačné požiadavky a stav vývoja týchto laserov v oblasti snímania vlákien. Analýzou ich požiadaviek a stavu vývoja sa dospelo k záveru, že ideálny laserový zdroj pre snímanie vlákien dokáže dosiahnuť ultraúzky a ultrastabilný laserový výstup v akomkoľvek pásme a kedykoľvek. Preto začneme s laserom s úzkou šírkou čiary, laditeľným laserom s úzkou šírkou čiary a laserom s bielym svetlom so širokou šírkou pásma zosilnenia a nájdeme efektívny spôsob, ako realizovať ideálny laserový zdroj pre snímanie vlákien analýzou ich vývoja.