Laser kildeteknologi forOptisk fiberFøler del en
Optisk fibersenseringsteknologi er en slags sensingteknologi utviklet sammen med optisk fiberteknologi og optisk fiberkommunikasjonsteknologi, og den har blitt en av de mest aktive grenene av fotoelektrisk teknologi. Optisk fiberfølelsessystem er hovedsakelig sammensatt av laser, transmisjonsfiber, sensorelement eller modulasjonsområde, lysdeteksjon og andre deler. Parametrene som beskriver egenskapene til lysbølgen inkluderer intensitet, bølgelengde, fase, polarisasjonstilstand, etc. Disse parametrene kan endres ved eksterne påvirkninger i optisk fiberoverføring. For eksempel når temperatur, belastning, trykk, strøm, forskyvning, vibrasjon, rotasjon, bøyning og kjemisk mengde påvirker den optiske banen, endres disse parametrene tilsvarende. Optisk fiberfølelse er basert på forholdet mellom disse parametrene og eksterne faktorer for å oppdage de tilsvarende fysiske mengder.
Det er mange typer avlaserkildeBrukes i optiske fiberfølelsessystemer, som kan deles inn i to kategorier: sammenhengendeLaserkilderog usammenhengende lyskilder, usammenhengendelyskilderInkluder hovedsakelig glødende lys- og lysemitterende dioder, og sammenhengende lyskilder inkluderer faste lasere, flytende lasere, gasslasere,halvlederlaserogFiberlaser. Følgende er hovedsakelig forLaser lyskildeMye brukt innen fiberfølelse de siste årene: smal linjebredde enfrekvenslaser, sveipfrekvenslaser med en bølgelengde og hvit laser.
1.1 Krav til smal linjebreddeLaserlys kilder
Optisk fiberfølelsessystem kan ikke skilles fra laserkilden, ettersom den målte signalbæreren lysbølge, laserlys kilde i seg selv ytelse, for eksempel kraftstabilitet, laserlinjebredde, fasestøy og andre parametere på den optiske fiberfølende systemdeteksjonsavstand, deteksjonsnøyaktighet, sensitivitet og støyegenskaper spiller en desisiv rolle. De siste årene har akademia og industrien med utvikling av langdistanse av langdistanse av lang avstand fremmet strengere krav til linjebreddeytelsen til laserminiatyrisering, hovedsakelig i: Optisk frekvensomene (OFDR) bruker koherent deteksjonsteknologi for å analysere en vidt dekkvne som er i vidt fiskevne for å analysere en vidt free-spredning i den treffere som er vevet som er vevet for å analysere en vidt spredning (OFDR). meter). Fordelene med høy oppløsning (oppløsning på millimeternivå) og høy følsomhet (opp til -100 dBm) har blitt en av teknologiene med brede applikasjonsutsikter i distribuert optisk fibermåling og sensingsteknologi. Kjernen i OFDR -teknologi er å bruke avstembar lyskilde for å oppnå optisk frekvensinnstilling, slik at ytelsen til laserkilden bestemmer nøkkelfaktorene som OFDR Detection Range, følsomhet og oppløsning. Når refleksjonspunktavstanden er nær koherenslengden, vil intensiteten til Beat -signalet bli eksponentielt dempet av koeffisienten τ/τc. For en gaussisk lyskilde med en spektral form, for å sikre at taktfrekvensen har mer enn 90% synlighet, er forholdet mellom linjebredden til lyskilden og den maksimale senseringslengden som systemet kan oppnå Lmax ~ 0,04Vg/f, noe som betyr at for en fiber med en lengde på 80 km, er linjen bredde på lyskilden mindre enn 100 hzz. I tillegg fremmet utviklingen av andre applikasjoner også høyere krav til linjebredden til lyskilden. For eksempel, i det optiske fiberhydrofonsystemet, bestemmer linjebredden til lyskilden systemstøyen og bestemmer også det minste målbare signalet til systemet. I Brillouin Optical Time Domain Reflector (BOTDR) bestemmes måleoppløsningen av temperatur og stress hovedsakelig av lysekildens linjebredde. I en resonator fiberoptisk gyro kan koherenslengden på lysbølgen økes ved å redusere linjebredden på lyskilden, og dermed forbedre finhet og resonansdybden til resonatoren, redusere linjens bredde på resonatoren, og sikre måle nøyaktigheten til fiberoptisk gyro.
1.2 Krav til sveipelaserkilder
Enkelt bølgelengde Sweep Laser har fleksibel bølgelengdeinnstillingsytelse, kan erstatte flere utganger med bølgelengde, redusere kostnadene for systemkonstruksjon, er en uunnværlig del av optisk fiberfølelsessystem. For eksempel, i sporingsgassfiberfølelse, har forskjellige typer gasser forskjellige gassabsorpsjonstopper. For å sikre lysabsorpsjonseffektiviteten når målegassen er tilstrekkelig og oppnå høyere målefølsomhet, er det nødvendig å justere bølgelengden til transmisjonslyskilden med absorpsjonstoppen til gassmolekylet. Den typen gass som kan oppdages, bestemmes i hovedsak av bølgelengden til den senserende lyskilden. Derfor har smale linjebredde -lasere med stabil bredbåndstuningytelse høyere målefleksibilitet i slike sensing -systemer. For eksempel, i noen distribuerte optiske fiberfølelsessystemer basert på refleksjon av optisk frekvensdomene, må laseren raskt bli feid med høyset I tillegg kan bølgelengden avstembare smale linjebreddelaser også brukes mye i lidar, laser fjernmåling og spektral analyse med høy oppløsning og andre sensingfelt. For å oppfylle kravene til høyytelsesparametere for innstilling av båndbredde, innstilling av nøyaktighet og innstillingshastighet for lasere med en bølgelengde innen fiberfølelse, er det generelle målet å studere avstembare fiber-lasere med smal bredde, og være med høy presisjonsinnstilling i en større bølgelengde på den siste årene til å forfølge Ultra-presisjons-row-lavel-LAVEL-LAVL-LASOW-LASOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOW-LOOOW-leste. Ultra-stabil utgangsfrekvens og effekt.
1.3 Etterspørsel etter hvit laser lyskilde
Innen optisk sensing er hvit lys laser av høy kvalitet av stor betydning for å forbedre ytelsen til systemet. Jo bredere spektrumdekning av hvitt lys -laser, desto mer omfattende er dens anvendelse i optisk fiberfølelsessystem. For eksempel, når du bruker Fiber Bragg -gitter (FBG) for å konstruere et sensornettverk, kan spektralanalyse eller avstembar filtermatchingsmetode brukes til demodulering. Førstnevnte brukte et spektrometer for å teste hver FBG -resonansbølgelengde direkte i nettverket. Sistnevnte bruker et referansefilter for å spore og kalibrere FBG i sensingen, som begge krever en bredbåndslyskilde som testlyskilde for FBG. Fordi hvert FBG -tilgangsnettverk vil ha et visst innsettingstap, og har en båndbredde på mer enn 0,1 nm, krever samtidig demodulering av flere FBG en bredbåndslyskilde med høy effekt og høy båndbredde. For eksempel, når du bruker langperiode fibergitter (LPFG) for sensing, siden båndbredden til en enkelt tapstopp er i størrelsesorden 10 nm, er det nødvendig med en bred spektrum lyskilde med tilstrekkelig båndbredde og relativt flatt spekter for å karakterisere dens resonante toppegenskaper nøyaktig. Spesielt kan akustisk fibergitter (AIFG) konstruert ved å bruke akusto-optisk effekt oppnå et innstillingsområde med resonansbølgelengde opp til 1000 nm ved hjelp av elektrisk innstilling. Derfor utgjør dynamisk gittertesting med et slikt ultra bred innstillingsområde en stor utfordring for båndbreddeområdet til en bredspektret lyskilde. Tilsvarende har de de siste årene vippet Bragg -fibersristen også blitt mye brukt innen fiberfølelse. På grunn av dets multi-topp tapsspektrumegenskaper, kan bølgelengdefordelingsområdet vanligvis nå 40 nm. Senseringsmekanismen er vanligvis å sammenligne den relative bevegelsen mellom flere overføringstopper, så det er nødvendig å måle overføringsspekteret fullstendig. Båndbredden og kraften til den brede spektrum lyskilden er pålagt å være høyere.
2. Forskningsstatus hjemme og i utlandet
2.1 smal linjebredde laser lyskilde
2.1.1 smal linjebredde halvleder distribuert tilbakemeldingslaser
I 2006 har Cliche et al. reduserte MHz -skalaen til halvlederDFB -laser(distribuert tilbakemeldingslaser) til KHz -skala ved bruk av elektrisk tilbakemeldingsmetode; I 2011 har Kessler et al. brukt lav temperatur og høy stabilitet enkeltkrystallhulrom kombinert med aktiv tilbakemeldingskontroll for å oppnå ultra-tale linjebredde-laserutgang på 40 MHz; I 2013 oppnådde Peng et al en halvlederlaserutgang med en linjebredde på 15 kHz ved å bruke metoden for ekstern Fabry-Perot (FP) tilbakemeldingsjustering. Den elektriske tilbakemeldingsmetoden brukte hovedsakelig tilbakemelding fra dammen-drrever-hall frekvensstabilisering for å få laserlinjebredden til lyskilden til å bli redusert. I 2010 har Bernhardi et al. Produsert 1 cm erbium-dopet aluminiumoksyd FBG på et silisiumoksydsubstrat for å oppnå en laserutgang med en linjebredde på omtrent 1,7 kHz. Samme år har Liang et al. Brukte selvinjeksjonen tilbakemelding av bakover Rayleigh-spredning dannet av en høy-Q-ekko veggresonator for halvlederlaserlinjebreddekomprimering, som vist i figur 1, og oppnådde til slutt en smal linjebredde laserutgang på 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagram over halvlederlaserlinjebreddekomprimering basert på selvinjeksjonen Rayleigh-spredning av ekstern hviskende gallerimodus resonator;
(b) frekvensspekter av den fritt løpende halvlederlaser med linjebredde på 8 MHz;
(c) Frekvensspekter av laseren med linjebredde komprimert til 160 Hz
2.1.2 smal linewidth fiberlaser
For lineære hulromsfiberlasere oppnås den smale linjebredde -laserutgangen til enkelt langsgående modus ved å forkorte lengden på resonatoren og øke langsgående modusintervallet. I 2004, Spiegelberg et al. oppnådd en enkelt langsgående modus smal laserlaserutgang med en linjebredde på 2 kHz ved å bruke DBR kort hulrommetode. I 2007 har Shen et al. Brukte en 2 cm tungt erbium-dopet silisiumfiber for å skrive FBG på en bi-ge co-dopet fotosensitiv fiber, og smeltet den sammen med en aktiv fiber for å danne et kompakt lineært hulrom, noe som gjorde sin laserutgangslinjebredde mindre enn 1 kHz. I 2010 har Yang et al. Brukte et 2 cm sterkt dopet kort lineært hulrom kombinert med et smalbånd FBG -filter for å oppnå en enkelt langsgående modus laserutgang med en linjebredde på mindre enn 2 kHz. I 2014 brukte teamet et kort lineært hulrom (virtuell brettet ringresonator) kombinert med et FBG-FP-filter for å oppnå en laserutgang med en smalere linjebredde, som vist i figur 3. I 2012, Cai et al. Brukte en 1,4 cm kort hulromstruktur for å oppnå en polariserende laserutgang med en utgangseffekt større enn 114 MW, en sentral bølgelengde på 1540,3 nm, og en linjebredde på 4,1 kHz. I 2013 har Meng et al. Brukte Brillouin-spredning av erbiumdopet fiber med et kort ringhulrom med en konserveringsanordning med full skjevhet for å oppnå en enkelt-longitudinal modus, lavfase støylaserutgang med en utgangseffekt på 10 mW. I 2015 brukte teamet et ringhulrom sammensatt av 45 cm erbium-dopet fiber som Brillouin-spredningsgevinstmediet for å oppnå en lav terskel og smal linjebredde-laserutgang.
Fig. 2 (a) Skjematisk tegning av SLC -fiberlaseren;
(b) Lineskap av heterodyne -signalet målt med 97,6 km fiberforsinkelse
Post Time: Nov-20-2023