Teknologjia e burimit lazer përfibër optikendjerë pjesa e parë
Teknologjia e ndjerë të fibrave optike është një lloj teknologjie ndjerë e zhvilluar së bashku me teknologjinë optike të fibrave dhe teknologjinë e komunikimit optik të fibrave, dhe është bërë një nga degët më aktive të teknologjisë fotoselektrike. Sistemi i ndjerë të fibrave optike është kryesisht i përbërë nga lazer, fibra transmetimi, element ndjerë ose zona e modulimit, zbulimi i dritës dhe pjesët e tjera. Parametrat që përshkruajnë karakteristikat e valës së dritës përfshijnë intensitetin, gjatësinë e valës, fazën, gjendjen e polarizimit, etj. Këto parametra mund të ndryshohen nga ndikimet e jashtme në transmetimin e fibrave optike. Për shembull, kur temperatura, tendosja, presioni, rryma, zhvendosja, dridhja, rrotullimi, lakimi dhe sasia kimike ndikojnë në rrugën optike, këto parametra ndryshojnë përkatësisht. Ndjenja e fibrave optike bazohet në marrëdhëniet midis këtyre parametrave dhe faktorëve të jashtëm për të zbuluar sasitë fizike përkatëse.
Ka shumë lloje tëburim lazerPërdoret në sistemet e ndjerë të fibrave optike, të cilat mund të ndahen në dy kategori: koherenteburime lazerdhe burime jo -koherente të dritës, jo -koherenteburimet e dritësKryesisht përfshijnë dioda të dritës inkandeshente dhe që lëshojnë dritë, dhe burimet koherente të dritës përfshijnë lazer të ngurtë, lazer të lëngshëm, lazer gazi,lazer gjysmëpërçuesdhefibra. Më poshtë është kryesisht përburimi i dritës lazerPërdoret gjerësisht në fushën e sensibilizimit të fibrave në vitet e fundit: lazer me një frekuencë të vetme të linjës së ngushtë, lazer frekuence spastrimi me një gjatësi vale dhe lazer të bardhë.
1.1 Kërkesat për gjerësi të ngushtë të linjësburime të dritës lazer
Sistemi i ndjerë të fibrave optike nuk mund të ndahet nga burimi lazer, pasi vala e dritës së bartësit të sinjalit të matur, vetë burimi i dritës lazer, siç janë stabiliteti i energjisë, gjerësia e linjës lazer, zhurma fazore dhe parametrat e tjerë në distancën e zbulimit të sistemit të fibrave optike, saktësia e zbulimit, karakteristikat e ndjeshmërisë dhe zhurmës luajnë një rol vendimtar. Në vitet e fundit, me zhvillimin e sistemeve të ndjerë optike të fibrave optike me rezolucion ultra të gjatë, akademia dhe industria kanë parashtruar kërkesa më të rrepta për performancën e linjës së miniaturizimit lazer, kryesisht në: Frekuencat optike të frekuencës së fushës (OFDR) përdorin teknologjinë e gjerë të zbulimit koheren metra). Përparësitë e rezolucionit të lartë (rezolucioni i nivelit të milimetrit) dhe ndjeshmëria e lartë (deri në -100 dBm) janë bërë një nga teknologjitë me perspektivë të gjerë aplikimi në matjen e fibrave optike të shpërndara dhe teknologjinë e ndjerë. Thelbi i teknologjisë OFDR është të përdorë burimin e dritës së rregullueshme për të arritur akordimin e frekuencës optike, kështu që performanca e burimit lazer përcakton faktorët kryesorë siç janë gamën e zbulimit të OFDR, ndjeshmërinë dhe zgjidhjen. Kur distanca e pikës së reflektimit është afër gjatësisë së koherencës, intensiteti i sinjalit të rrahjes do të zvogëlohet në mënyrë eksponenciale nga koeficienti τ/τc. Për një burim të dritës Gaussian me një formë spektrale, në mënyrë që të sigurohet që frekuenca e rrahjes të ketë më shumë se 90% shikueshmëri, marrëdhënia midis gjerësisë së linjës së burimit të dritës dhe gjatësisë maksimale të ndjerë që sistemi mund të arrijë është LMAX ~ 0.04VG/F, që do të thotë se për një fibër me një gjatësi prej 80 km, gjerësia e linjës së burimit të dritës është më pak se 100 Hz. Për më tepër, zhvillimi i aplikacioneve të tjera paraqet gjithashtu kërkesa më të larta për gjerësinë e linjës së burimit të dritës. Për shembull, në sistemin e hidrofonit të fibrave optike, gjerësia e linjës së burimit të dritës përcakton zhurmën e sistemit dhe përcakton gjithashtu sinjalin minimal të matshëm të sistemit. Në reflektorin optik të domenit të kohës Brillouin (BOTDR), zgjidhja e matjes së temperaturës dhe stresit përcaktohet kryesisht nga gjerësia e linjës së burimit të dritës. Në një gyro optike të fibrave rezonator, gjatësia e koherencës së valës së dritës mund të rritet duke zvogëluar gjerësinë e linjës së burimit të dritës, duke përmirësuar kështu zbetësinë dhe thellësinë e rezonancës së rezonatorit, duke zvogëluar gjerësinë e linjës së rezonatorit dhe duke siguruar saktësinë e matjes së gyro të fibrave optike.
1.2 Kërkesat për burimet lazer të spastrimit
Lazer i vetëm me gjatësi vale të spastrimit ka performancë fleksibël të akordimit të gjatësisë së valës, mund të zëvendësojë lazer të shumëfishtë të gjatësisë së valës fikse, të zvogëlojë koston e ndërtimit të sistemit, është një pjesë e domosdoshme e sistemit të ndjerë të fibrave optike. Për shembull, në ndjerë të fibrave të gazit gjurmë, lloje të ndryshme të gazrave kanë maja të ndryshme të thithjes së gazit. Për të siguruar efikasitetin e thithjes së dritës kur gazi i matjes është i mjaftueshëm dhe të arrijë ndjeshmëri më të lartë të matjes, është e nevojshme të përafrohet gjatësia e valës së burimit të dritës së transmetimit me kulmin e thithjes së molekulës së gazit. Lloji i gazit që mund të zbulohet përcaktohet në thelb nga gjatësia e valës së burimit të dritës ndjerë. Prandaj, lazerët e ngushtë të gjerësisë së linjës me performancë të qëndrueshme të akordimit të brezit të gjerë kanë fleksibilitet më të lartë të matjes në sisteme të tilla ndjerë. Për shembull, në disa sisteme të shpërndara të sensibilizimit të fibrave optike të shpërndara bazuar në reflektimin e fushës së frekuencës optike, lazeri duhet të përfshihet me shpejtësi në mënyrë periodike për të arritur zbulimin koherent me precizion të lartë dhe demodulimin e sinodulave optike, kështu që shkalla e modulimit të burimit lazer ka kërkesa relativisht të larta, dhe shpejtësia e spastrimit të lazerit të rregullueshëm zakonisht kërkohet të arrijë në 10 PM/μs. Për më tepër, lazeri i ngushtë i gjatësisë së gjatë të gjatësisë së valës mund të përdoret gjithashtu në LIDAR, lazer me telekomandë dhe analiza spektrale me rezolucion të lartë dhe fusha të tjera ndjerë. Për të përmbushur kërkesat e parametrave të performancës së lartë të rregullimit të brezit të akordimit, saktësisë së akordimit dhe shpejtësisë së akordimit të lazerëve me gjatësi të vetme me valë në fushën e ndjerë të fibrave, qëllimi i përgjithshëm i studimit të lazerëve të rregulluar të nivelit të ngushtë të fibrave të ngushta, të ulëta të rradhës, të ulta të rradhës, të rrahurit të rradhës, të rrahurit, të rrahurit, të rrahurit, të rrahurit, të rrahurit, të rreptë, dhe të rreshtave të ulta të rradhës, dhe ultrave të ulta të ulta të ulta, dhe ultrat e ulta të ulta të ulta të ulta. dhe fuqia.
1.3 Kërkesa për burimin e dritës së bardhë lazer
Në fushën e ndjerë optike, lazeri i dritës së bardhë me cilësi të lartë ka një rëndësi të madhe për të përmirësuar performancën e sistemit. Sa më e gjerë të jetë mbulimi i spektrit të lazerit të dritës së bardhë, aq më i gjerë aplikimi i tij në sistemin e ndjerë të fibrave optike. Për shembull, kur përdorni Grating Fiber Bragg (FBG) për të ndërtuar një rrjet sensori, analiza spektrale ose metoda e përputhjes së filtrit të rregullueshëm mund të përdoret për demodulim. I pari përdori një spektrometër për të provuar drejtpërdrejt çdo gjatësi vale rezonante FBG në rrjet. Kjo e fundit përdor një filtër referimi për të ndjekur dhe kalibruar FBG në ndjerë, të dyja kërkojnë një burim drite me brez të gjerë si një burim drite provë për FBG. Për shkak se çdo rrjet i hyrjes në FBG do të ketë një humbje të caktuar të futjes, dhe ka një gjerësi bande më shumë se 0,1 nm, demodulimi i njëkohshëm i FBG të shumëfishtë kërkon një burim drite me brez të gjerë me fuqi të lartë dhe gjerësi të lartë të bandës. Për shembull, kur përdorni Grating Fiber të Periudhës së gjatë (LPFG) për të ndjerë, pasi gjerësia e brezit të një kulmi të vetëm të humbjes është në rendin e 10 nm, një burim i gjerë i dritës me spektër me gjerësi të mjaftueshme të bandës dhe spektër relativisht të sheshtë kërkohet për të karakterizuar me saktësi karakteristikat e tij të pikut rezonant. Në veçanti, grija e fibrave akustike (AIFG) e ndërtuar duke përdorur efektin akusto-optik mund të arrijë një gamë akordimi të gjatësisë së valës rezonante deri në 1000 nm me anë të akordimit elektrik. Prandaj, testimi dinamik i grilës me një gamë të tillë akordimi ultra të gjerë paraqet një sfidë të madhe për gamën e brezit të një burimi të dritës me spektër të gjerë. Në mënyrë të ngjashme, vitet e fundit, grija e fibrave Bragg të pjerrët gjithashtu është përdorur gjerësisht në fushën e sensibilizimit të fibrave. Për shkak të karakteristikave të tij të spektrit të humbjes me shumë majë, diapazoni i shpërndarjes së gjatësisë së valës zakonisht mund të arrijë 40 nm. Mekanizmi i tij ndjerë është zakonisht të krahasojë lëvizjen relative midis majave të shumta të transmetimit, kështu që është e nevojshme të matni plotësisht spektrin e tij të transmetimit. Gjerësia e brezit dhe fuqia e burimit të dritës së spektrit të gjerë kërkohet të jenë më të larta.
2. Statusi i hulumtimit brenda dhe jashtë vendit
2.1 Burimi i dritës lazer të ngushtë të linjës
2.1.1 Gjysmëpërçuesi i ngushtë i linjës së linjës
Në vitin 2006, Cliche et al. uli shkallën MHz të gjysmëpërçuesitLazer dfb(Shpërndarë Lazerin e Reagimit të Shpërndarë) në shkallë KHz duke përdorur metodën e reagimit elektrik; Në vitin 2011, Kessler et al. e përdorur temperatura e ulët dhe me stabilitet të lartë zgavrën e vetme kristal të kombinuar me kontrollin aktiv të reagimit për të marrë dalje lazer të linjës ultra-narrow të linjës prej 40 MHz; Në vitin 2013, Peng et al morën një dalje lazer gjysmëpërçuese me një gjerësi prej 15 kHz duke përdorur metodën e rregullimit të feedback-ut të jashtëm të Fabry-Perot (FP). Metoda e feedback-ut elektrik ka përdorur kryesisht reagimin e stabilizimit të frekuencës së pellgut për të bërë që gjerësia e linjës lazer të burimit të dritës të zvogëlohet. Në vitin 2010, Bernhardi et al. Prodhoi 1 cm aluminë me doped Erbium FBG në një substrat oksidi silikoni për të marrë një dalje lazer me një gjerësi të linjës prej rreth 1.7 kHz. Në të njëjtin vit, Liang et al. përdori reagimin e vetë-injektimit të shpërndarjes së prapambetur të Rayleigh të formuar nga një rezonator i murit të lartë të jehonës për kompresimin e linjës lazer gjysmëpërçuese, siç tregohet në figurën 1, dhe më në fund mori një dalje të ngushtë lazer me gjerësi të linjës prej 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagrami i kompresimit të vijës lazer lazer gjysmëpërçues bazuar në shpërndarjen e vetë-injektimit Rayleigh të rezonatorit të modalitetit të galerisë së pëshpëritjes së jashtme;
(b) spektri i frekuencës së lazerit gjysmëpërçues të ekzekutimit falas me gjerësi të linjës prej 8 MHz;
(c) Spektri i frekuencës së lazerit me gjerësi të linjës të ngjeshur në 160 Hz
2.1.2 Lazer i ngushtë i fibrave të linjës
Për lazerët e fibrave lineare të zgavrës, prodhimi i ngushtë lazer i gjerësisë së linjës së mënyrës së vetme gjatësore merret duke shkurtuar gjatësinë e rezonatorit dhe duke rritur intervalin e mënyrës gjatësore. Në 2004, Spiegelberg et al. mori një dalje të vetme lazer të ngushta të modës gjatësore me një gjerësi prej 2 kHz duke përdorur metodën e zgavrës së shkurtër DBR. Në vitin 2007, Shen et al. përdori një fibër silikoni të dopeduar me erbium me 2 cm shumë për të shkruar FBG në një fibër fotosensitive të bashkë-dopeduar me Bi-GE, dhe e shkrinë atë me një fibër aktive për të formuar një zgavër lineare kompakte, duke e bërë gjerësinë e saj të linjës së daljes lazer më pak se 1 kHz. Në vitin 2010, Yang et al. përdori një zgavër të shkurtër lineare të shkurtër 2cm të kombinuar me një filtër të ngushtë FBG për të marrë një dalje të vetme lazer të modalitetit gjatësor me një gjerësi të linjës më të vogël se 2 kHz. Në vitin 2014, ekipi përdori një zgavër të shkurtër lineare (rezonator i unazës së palosur virtuale) e kombinuar me një filtër FBG-FP për të marrë një dalje lazer me një gjerësi të linjës më të ngushtë, siç tregohet në Figurën 3. Në 2012, Cai et al. përdori një strukturë të shkurtër të zgavrës 1.4cm për të marrë një dalje lazer polarizuese me një fuqi dalëse më e madhe se 114 MW, një gjatësi vale qendrore 1540.3 nm, dhe një gjerësi linje prej 4.1 kHz. Në vitin 2013, Meng et al. Shpërndarja e Brillouin e përdorur e fibrave të dopeduar erbium me një zgavër të shkurtër unaze të një pajisje për ruajtjen e paragjykimeve të plota për të marrë një mënyrë të vetme-longitudinale, dalje lazer të zhurmës me fazë të ulët me një fuqi dalëse prej 10 mW. Në vitin 2015, ekipi përdori një zgavër unazore të përbërë nga fibra me 45 cm erbium-doped, pasi shpërndarja e Brillouin fitonte medium për të marrë një prag të ulët dhe dalje të ngushtë lazer të linjës.
Fig. 2 (a) Vizatimi skematik i lazerit të fibrave SLC;
(b) Lineshape e sinjalit heterodyne të matur me vonesë fibër 97.6 km
Koha e Postimit: Nëntor-20-2023