Laserkällteknologi föroptisk fiberavkänna del ett
Optisk fiberavkänningsteknik är en typ av avkänningsteknologi utvecklad tillsammans med optisk fiberteknologi och optisk fiberkommunikationsteknologi, och den har blivit en av de mest aktiva grenarna av fotoelektrisk teknik. Optisk fiberavkänningssystem består huvudsakligen av laser, transmissionsfiber, avkänningselement eller moduleringsområde, ljusdetektering och andra delar. Parametrarna som beskriver egenskaperna hos ljusvågen inkluderar intensitet, våglängd, fas, polarisationstillstånd etc. Dessa parametrar kan ändras genom externa påverkningar i optisk fiberöverföring. Till exempel, när temperatur, belastning, tryck, ström, förskjutning, vibration, rotation, böjning och kemisk mängd påverkar den optiska vägen, förändras dessa parametrar på motsvarande sätt. Optisk fiberavkänning är baserad på förhållandet mellan dessa parametrar och externa faktorer för att upptäcka motsvarande fysiska mängder.
Det finns många typer avlaserkällaanvänds i optiska fiberavkänningssystem, som kan delas in i två kategorier: koherentlaserkälloroch sammanhängande ljuskällor, sammanhängandeljuskällorInkludera huvudsakligen glödljus och ljusemitterande dioder, och sammanhängande ljuskällor inkluderar fasta lasrar, flytande lasrar, gaslasrar,halvledarlaserochfiberlaser. Följande är främst förlaserljuskällaViktigt användes inom fiberavkänningen under de senaste åren: smal linjebredd enfrekvenslaser, envåglängds svepfrekvenslaser och vit laser.
1.1 Krav för smal linjebreddLaserljuskällor
Optisk fiberavkänningssystem kan inte separeras från laserkällan, eftersom den uppmätta signalbärarens ljusvåg, laserljuskälla i sig själv prestanda, såsom kraftstabilitet, laserlinjebredd, fasbrus och andra parametrar på det optiska fiberavkänningsdetekteringsavståndet, detekteringsnoggrannhet, känslighet och brusegenskaper spelar en avgörande roll. Under de senaste åren, med utvecklingen av långdistans ultrahög upplösning av optiska fiberavkänningssystem, har akademia och industrin lagt fram strängande krav för linjebreddprestanda för laserminiativisering, främst i: Optisk frekvensreflektion (Ofdr) använder coherent detekteringsteknik för att analysera backrayleigh spridda signaler med operationsfibbare i den frekvensiska dominen). Fördelarna med hög upplösning (millimeternivåupplösning) och hög känslighet (upp till -100 dBM) har blivit en av teknologierna med breda tillämpningsmöjligheter i distribuerad optisk fibermätning och avkänningsteknik. Kärnan i OFDR -tekniken är att använda inställbar ljuskälla för att uppnå optisk frekvensjustering, så att laserkällans prestanda bestämmer de viktigaste faktorerna som OFDR -detekteringsområde, känslighet och upplösning. När reflektionspunktavståndet är nära koherenslängden kommer Beat -signalens intensitet att dämpas exponentiellt av koefficienten τ/τc. För en gaussisk ljuskälla med en spektral form, för att säkerställa att taktfrekvensen har mer än 90% synlighet, är förhållandet mellan linjens bredd på ljuskällan och den maximala avkänningslängden som systemet kan uppnå Lmax ~ 0,04Vg/f, vilket innebär att för en fiber med en längd på 80 km, linjens breda vid ljuskällan är mindre än 100 Hz. Dessutom ställer utvecklingen av andra applikationer också högre krav för linjebredden för ljuskällan. I det optiska fiberhydrofonsystemet bestämmer till exempel linjebredden för ljuskällan systembruset och bestämmer också den minsta mätbara signalen för systemet. I Brillouin Optical Time Domain Reflector (BOTDR) bestäms mätupplösningen för temperatur och stress huvudsakligen av linjebredden för ljuskällan. I en resonatorfiberoptisk gyro kan ljusvågens koherenslängd ökas genom att minska ljuskällans linje, och därmed förbättra resonatorns finhet och resonansdjup, minska resonatorns linje och säkerställa mätningsförstärkningen av fiberoptiska gyro.
1.2 Krav för svepslaserkällor
Enkel våglängds sveplaser har flexibel våglängdsinställningsprestanda, kan ersätta flera utgångsfasta våglängdslasrar, minska kostnaden för systemkonstruktion, är en oumbärlig del av optisk fiberavkänningssystem. Till exempel, i spårningsgasfiberavkänning, har olika typer av gaser olika gasabsorptionstoppar. För att säkerställa ljusabsorptionseffektiviteten när mätgasen är tillräcklig och uppnå högre mätkänslighet är det nödvändigt att justera våglängden för transmissionsljuskällan med absorptionstoppen för gasmolekylen. Den typ av gas som kan detekteras bestäms väsentligen av våglängden för avkänningsljuskällan. Därför har smala linjebreddslasrar med stabil bredbandsjusteringsprestanda högre mätflexibilitet i sådana avkänningssystem. Till exempel, i vissa distribuerade optiska fiberavkänningssystem baserade på optisk frekvensdomänreflektion, måste lasern snabbt sopas för att uppnå hög precision sammanhängande detektion och demodulering av optiska signaler, så att moduleringshastigheten för laserkällan har relativt höga krav, och svephastigheten för den justerbara laseren krävs vanligtvis att nå 10 PM/μD. Dessutom kan den våglängdsinställbara smala linjelaseren också användas i stor utsträckning i LIDAR, laserfjärrkontroll och högupplösta spektralanalys och andra avkänningsfält. För att uppfylla kraven för högpresterande parametrar för inställning av bandbredd, inställningsnoggrannhet och avstämningshastighet för envåglängdslasrar inom området fiberavkänning, är det övergripande målet att studera inställbara smala breddfiberlasrar i de senaste åren att uppnå högpråkig inställning i ett större våglängdsområde på grund av att sträva efter att sträva efter att sträva upp ultralingslinjelinjen, för att uppnå högprecision i ett större våglängdsområde på grund av att sträva efter att sträva efter att sträva upp ultralingslinjelinjen, är Ultra-ljudet.
1.3 Efterfrågan på vit laserljuskälla
Inom optisk avkänning är högkvalitativa laser med vit ljus av stor betydelse för att förbättra systemets prestanda. Ju bredare spektrumstäckningen av vitljuslaser, desto mer omfattande tillämpning i optisk fiberavkänningssystem. Till exempel, när du använder Fiber Bragg Gitter (FBG) för att konstruera ett sensornätverk, kan spektralanalys eller inställbar filtermatchningsmetod användas för demodulering. Den förstnämnda använde en spektrometer för att direkt testa varje FBG -resonansvåglängd i nätverket. Det senare använder ett referensfilter för att spåra och kalibrera FBG i avkänningen, som båda kräver en bredbandsljuskälla som testljuskälla för FBG. Eftersom varje FBG -åtkomstnätverk kommer att ha en viss infogningsförlust och har en bandbredd på mer än 0,1 nm kräver den samtidiga demoduleringen av flera FBG en bredbandsljuskälla med hög effekt och hög bandbredd. Till exempel, när du använder långperiodfibergitter (LPFG) för avkänning, eftersom bandbredden för en enda förlusttopp är i storleksordningen 10 nm, krävs en bred spektrumljuskälla med tillräcklig bandbredd och relativt platt spektrum för att exakt karakterisera dess resonanstoppegenskaper. I synnerhet kan akustisk fibergitter (AIFG) konstruerat genom att använda akusto-optisk effekt uppnå ett avstämningsområde av resonansvåglängd upp till 1000 nm med hjälp av elektrisk inställning. Därför utgör dynamisk gitterprovning med ett sådant extremt avstängningsområde en stor utmaning för bandbreddområdet för en bredspektrum ljuskälla. På samma sätt har de senaste åren också använt Bragg -fibergitter använts i stor utsträckning inom området fiberavkänning. På grund av dess fler-topp-förlustspektrumegenskaper kan våglängdsfördelningsområdet vanligtvis nå 40 nm. Dess avkänningsmekanism är vanligtvis att jämföra den relativa rörelsen mellan flera överföringstoppar, så det är nödvändigt att mäta dess transmissionsspektrum helt. Bandbredden och kraften hos den breda spektrumljuskällan måste vara högre.
2. Forskningsstatus hemma och utomlands
2.1 Smal LineWidth Laser Light Source
2.1.1 SMRED LINEWIDTH SEMICONDUCTOR Distribuerad feedbacklaser
2006 hade Cliche et al. minskade MHz -skalan från halvledarDFB -laser(distribuerad feedbacklaser) till KHZ -skala med hjälp av elektrisk feedbackmetod; 2011 har Kessler et al. använde låg temperatur och hög stabilitet enstaka kristallkavitet i kombination med aktiv återkopplingskontroll för att erhålla ultraladslinjelasslaserutgång på 40 MHz; 2013 erhöll Peng et al en halvledarlaserutgång med en linjebredd på 15 kHz med hjälp av metoden för extern Fabry-Perot (FP) återkopplingsjustering. Den elektriska återkopplingsmetoden använde huvudsakligen damm-torv-hall-frekvensstabiliseringsåterkopplingen för att få laserlinjen för ljuskällan att reduceras. 2010, Bernhardi et al. producerade 1 cm Erbium-dopad aluminiumoxid FBG på ett kiseloxidsubstrat för att erhålla en laserutgång med en linjebredd på cirka 1,7 kHz. Samma år har Liang et al. använde självinjektionsåterkopplingen av bakåt Rayleigh-spridning som bildades av en hög-Q-eko-väggresonator för halvledarslaserlinjebreddkomprimering, såsom visas i figur 1, och erhöll slutligen en smal linjebredd laserutgång på 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagram över halvledarslaserlinjekompression baserat på självinjektion Rayleigh-spridning av extern viskande galleriläge resonator;
(b) frekvensspektrum för den fria löpande halvledarlaseren med linjebredd på 8 MHz;
(c) Frekvensspektrum för lasern med linjebredd komprimerad till 160 Hz
2.1.2 Smal linjebreddfiberlaser
För linjära kavitetsfiberlasrar erhålls den smala linjebreddslaserutgången för enstaka longitudinella lägen genom att förkorta resonatorns längd och öka longitudinallägeintervallet. 2004, Spiegelberg et al. erhöll en enda longitudinell läge smal linjebreddslaserutgång med en linjebredd på 2 kHz med användning av DBR kort kavitetsmetod. 2007, Shen et al. använde en 2 cm kraftigt erbiumdopad kiselfiber för att skriva FBG på en BI-GE-dopad fotokänslig fiber och smälte den med en aktiv fiber för att bilda ett kompakt linjärt hålrum, vilket gör sin laserutgångsbredd mindre än 1 kHz. 2010, Yang et al. använde en 2 cm mycket dopad kort linjär hålrum i kombination med ett smalband FBG -filter för att erhålla en enda laserutgång med longitudinell läge med en linjebredd på mindre än 2 kHz. 2014 använde teamet ett kort linjärt hålrum (virtuell vikta ringresonator) i kombination med ett FBG-FP-filter för att få en laserutgång med en smalare linjebredd, som visas i figur 3. 2012, Cai et al. använde en 1,4 cm kort kavitetsstruktur för att erhålla en polariserande laserutgång med en utgångseffekt större än 114 MW, en central våglängd på 1540,3 nm och en linjebredd på 4,1 kHz. 2013, Meng et al. Används Brillouin-spridning av erbiumdopad fiber med en kort ringhålrum av en fullspänningsanordning för att erhålla ett en-longitudinellt läge, lågfassljudslaserutgång med en utgångseffekt på 10 MW. Under 2015 använde teamet ett ringhålrum bestående av 45 cm erbiumdopade fiber som Brillouin-spridningsförstärkningsmedium för att erhålla en låg tröskel och smal linjebredd laserutgång.
Fig. 2 (a) schematisk ritning av SLC -fiberlaseren;
(b) Linformning av heterodynesignalen uppmätt med 97,6 km fiberfördröjning
Posttid: november 20-2023