Tillämpning av enfrekvenshalvledarlaser för exakt mätning av ljusvågsinterferens

Tillämpning avEnfrekvens halvledarlaseri exakt mätning av ljusvågsinterferens
Tillämpningen av enfrekvenshalvledarlaserinom precisionsmätningsområden som fiberoptiska hydrofoner och marklyssningsinterferometrar diskuteras, och den viktigaste inverkan av laserprestanda på interferometersystems prestanda analyseras ingående.

Kärnstruktur och systemets funktionsprincip: Det fiberoptiska hydrofonsystemet består huvudsakligen av ett sensorhuvud och en interferometer (med MZ-interferometern som exempel). Grundprincipen är att ljudsignalen (ljudtrycket Δp) verkar på sensorhuvudet och orsakar förändringar i längden och brytningsindexet hos sensorfibern som är lindad runt den ihåliga cylindern, vilket introducerar förändringar i den optiska vägen. Denna lilla förändring i den optiska vägen (dvs. fasförändring) detekteras med hög känslighet av en interferometer.

1. Sensorhuvud: Dess kärnfunktion är att omvandla ljudvibrationer till förändringar i interferometerns optiska väg. Känslighetskoefficienten s är relaterad till faktorer som fiberlängd L, och längre sensorfibrer är fördelaktiga för att förbättra systemets känslighet.
2. Interferometer: Det är det "bästa vapnet" för att detektera små fasförändringar. Utgångsljusintensiteten har ett cosinusförhållande med fasskillnaden. Genom att stabilisera den statiska fasförspänningen φ₀ vid den ortogonala driftspunkten ((m+1/2) π) kan systemet uppnå högsta detektionskänslighet.
3. Viktiga ljuskälleparametrar som påverkar systemets prestanda: Artikeln fokuserar på att analysera laserns prestandabegränsningar för att uppnå hög fasupplösning (med ett mål på ≤ 1 μ rad).
4. LaserFrekvensbrus och linjebredd: Laserns frekvensbrus kan orsaka interferensfasbrus, vilket minskar synligheten av interferensfransar. För en interferometer med en optisk vägskillnad på cirka 1 meter, för att uppnå en fasupplösning på 1 μ rad, måste laserns linjebredd vara mindre än cirka 30 Hz. Detta är ett mycket högt krav för frekvensstabiliteten hosljuskälla.
5. Laserintensitetsbrus: Laserns relativa intensitetsbrus (RIN) omvandlas direkt till fasfel i interferenssignalen. För att uppnå en fasupplösning på 1 μ rad vid en typisk detektionsljuseffekt (~100 μ W) måste laserns RIN reduceras till under -120 dB. Detta är ett mycket högt krav för ljuskällans intensitetsstabilitet.

Sammanfattningsvis, genom att analysera det fiberoptiska hydrofonsystemet, utarbetas de strikta kraven för kärnljuskällan – enfrekvenshalvledarlaser – vad gäller extremt smal linjebredd (högfrekvensstabilitet) och extremt lågintensivt brus vid precisionsmätning baserad på interferensprincipen, och de utmaningar med laserfrekvensstabilisering som storskaliga systemtillämpningar står inför presenteras.