Teknoloji sous lazè pou deteksyon fib optik Pati Youn

Teknoloji sous lazè poufib optiksantiman Pati Youn

Teknoloji deteksyon fib optik la se yon kalite teknoloji deteksyon ki devlope ansanm ak teknoloji fib optik ak teknoloji kominikasyon fib optik, epi li vin tounen youn nan branch ki pi aktif nan teknoloji fotoelektrik. Sistèm deteksyon fib optik la konpoze sitou de lazè, fib transmisyon, eleman deteksyon oswa zòn modilasyon, deteksyon limyè ak lòt pati. Paramèt ki dekri karakteristik ond limyè a gen ladan entansite, longèdonn, faz, eta polarizasyon, elatriye. Paramèt sa yo ka chanje pa enfliyans ekstèn nan transmisyon fib optik la. Pa egzanp, lè tanperati, tansyon, presyon, kouran, deplasman, vibrasyon, wotasyon, koube ak kantite pwodui chimik afekte chemen optik la, paramèt sa yo chanje kòmsadwa. Deteksyon fib optik la baze sou relasyon ki genyen ant paramèt sa yo ak faktè ekstèn yo pou detekte kantite fizik korespondan yo.

Gen anpil kalitesous lazèyo itilize nan sistèm deteksyon fib optik, ki ka divize an de kategori: koheransous lazèak sous limyè enkoheran, enkoheransous limyèsitou gen ladan limyè enkandesan ak dyòd ki emèt limyè, epi sous limyè koeran yo gen ladan lazè solid, lazè likid, lazè gaz,lazè semi-kondiktèepilazè fibSa ki anba la a se sitou pousous limyè lazèLajman itilize nan domèn deteksyon fib nan dènye ane yo: lazè yon sèl frekans ak lajè liy etwat, lazè frekans bale yon sèl longèdonn ak lazè blan.

1.1 Kondisyon pou lajè liy etwatsous limyè lazè

Sistèm deteksyon fib optik la pa ka separe de sous lazè a, paske ond limyè ki pote siyal la mezire a, pèfòmans sous limyè lazè a li menm, tankou estabilite pouvwa, lajè liy lazè, bri faz ak lòt paramèt sou distans deteksyon sistèm deteksyon fib optik la, presizyon deteksyon, sansiblite ak karakteristik bri jwe yon wòl desizif. Nan dènye ane yo, ak devlopman sistèm deteksyon fib optik ultra-wo rezolisyon long distans, inivèsite ak endistri yo te mete pi devan egzijans strik pou pèfòmans lajè liy miniaturizasyon lazè, sitou nan: teknoloji refleksyon domèn frekans optik (OFDR) itilize teknoloji deteksyon koeran pou analize siyal dispèse backrayleigh fib optik yo nan domèn frekans lan, ak yon pwoteksyon laj (plizyè milye mèt). Avantaj rezolisyon wo (rezolisyon nivo milimèt) ak sansiblite wo (jiska -100 dBm) yo te vin tounen youn nan teknoloji ki gen laj pwospè aplikasyon nan teknoloji mezi ak deteksyon fib optik distribye. Nwayo teknoloji OFDR a se itilize yon sous limyè reglabl pou reyalize reglaj frekans optik, kidonk pèfòmans sous lazè a detèmine faktè kle tankou ranje deteksyon OFDR, sansiblite ak rezolisyon. Lè distans pwen refleksyon an pre longè koyerans lan, entansite siyal batman an ap diminye eksponansyèlman pa koyefisyan τ/τc la. Pou yon sous limyè Gaussyen ki gen yon fòm espektral, pou asire ke frekans batman an gen plis pase 90% vizibilite, relasyon ki genyen ant lajè liy sous limyè a ak longè maksimòm deteksyon ke sistèm nan ka reyalize a se Lmax ~ 0.04vg / f, ki vle di ke pou yon fib ki gen yon longè 80 km, lajè liy sous limyè a mwens pase 100 Hz. Anplis de sa, devlopman lòt aplikasyon yo te mete devan tou egzijans ki pi wo pou lajè liy sous limyè a. Pa egzanp, nan sistèm idrofon fib optik la, lajè liy sous limyè a detèmine bri sistèm nan epi li detèmine tou siyal minimòm mezirab sistèm nan. Nan reflektè domèn tan optik Brillouin (BOTDR), rezolisyon mezi tanperati ak estrès la detèmine sitou pa lajè liy sous limyè a. Nan yon jiroskop fib optik rezonatè, longè koyerans vag limyè a ka ogmante lè yo diminye lajè liy sous limyè a, kidonk amelyore rafinman ak pwofondè rezonans rezonatè a, diminye lajè liy rezonatè a, epi asire presizyon mezi jiroskop fib optik la.

1.2 Kondisyon pou sous lazè bale

Lazè bale longèdonn sèl la gen yon pèfòmans reglaj longèdonn fleksib, li ka ranplase plizyè lazè longèdonn fiks ki soti, li diminye pri konstriksyon sistèm nan, epi li se yon pati endispansab nan sistèm deteksyon fib optik la. Pa egzanp, nan deteksyon fib gaz tras, diferan kalite gaz gen diferan pik absòpsyon gaz. Pou asire efikasite absòpsyon limyè a lè gaz mezi a sifizan epi reyalize yon pi gwo sansiblite mezi, li nesesè pou aliyen longèdonn sous limyè transmisyon an ak pik absòpsyon molekil gaz la. Kalite gaz ki ka detekte a esansyèlman detèmine pa longèdonn sous limyè deteksyon an. Se poutèt sa, lazè lajè liy etwat ak pèfòmans reglaj bande ki estab gen pi gwo fleksibilite mezi nan sistèm deteksyon sa yo. Pa egzanp, nan kèk sistèm deteksyon fib optik distribye ki baze sou refleksyon domèn frekans optik, lazè a bezwen bale rapidman peryodikman pou reyalize deteksyon koeran ak demodulasyon siyal optik ki gen gwo presizyon, kidonk vitès modilasyon sous lazè a gen egzijans relativman wo, epi vitès bale lazè reglabl la anjeneral oblije rive nan 10 pm/μs. Anplis de sa, lazè lajè liy etwat reglabl longèdonn lan kapab tou lajman itilize nan liDAR, teledeteksyon lazè ak analiz espektral rezolisyon wo ak lòt jaden deteksyon. Pou satisfè egzijans paramèt pèfòmans segondè nan akor Pleasant, presizyon akor ak vitès akor lazè longèdonn sèl nan domèn deteksyon fib, objektif jeneral etid lazè fib lajè etwat reglabl nan dènye ane yo se reyalize akor segondè presizyon nan yon seri longèdonn ki pi gwo sou baz pouswiv lajè liy lazè ultra-etwat, bri faz ultra-ba, ak frekans ak pouvwa pwodiksyon ultra-estab.

1.3 Demann pou sous limyè lazè blan

Nan domèn deteksyon optik, lazè limyè blan kalite siperyè gen yon gwo enpòtans pou amelyore pèfòmans sistèm nan. Plis lazè limyè blan an kouvri spectre a, se plis aplikasyon li nan sistèm deteksyon fib optik. Pa egzanp, lè w ap itilize griyaj Bragg fib (FBG) pou konstwi yon rezo detèktè, analiz espektral oswa metòd matche filtè reglabl ka itilize pou demodulasyon. Premye a te itilize yon espektwomèt pou teste dirèkteman chak longèdonn rezonans FBG nan rezo a. Dènye a itilize yon filtè referans pou swiv ak kalibre FBG a nan deteksyon an, tou de mande yon sous limyè bande laj kòm yon sous limyè tès pou FBG a. Piske chak rezo aksè FBG pral gen yon sèten pèt ensèsyon, epi li gen yon Pleasant plis pase 0.1 nm, demodulasyon similtane plizyè FBG mande yon sous limyè bande laj ki gen gwo pouvwa ak gwo Pleasant. Pa egzanp, lè w ap itilize griyaj fib long peryòd (LPFG) pou deteksyon, piske Pleasant yon sèl pik pèt se nan lòd 10 nm, yon sous limyè spectre laj ak ase Pleasant ak spectre relativman plat nesesè pou karakterize karakteristik pik rezonans li yo avèk presizyon. An patikilye, griyaj fib akoustik (AIFG) konstwi lè l sèvi avèk efè akousto-optik ka reyalize yon seri reglaj longèdonn rezonans jiska 1000 nm pa mwayen reglaj elektrik. Se poutèt sa, tès griyaj dinamik ak yon seri reglaj ultra-laj konsa poze yon gwo defi pou seri Pleasant yon sous limyè spectre laj. Menm jan an tou, nan dènye ane yo, griyaj fib Bragg enkline te lajman itilize tou nan domèn deteksyon fib. Akòz karakteristik spectre pèt milti-pik li yo, seri distribisyon longèdonn lan ka anjeneral rive nan 40 nm. Mekanis deteksyon li anjeneral se pou konpare mouvman relatif pami plizyè pik transmisyon, kidonk li nesesè pou mezire spectre transmisyon li nèt. Pleasant ak puisans sous limyè spectre laj la bezwen pi wo.

2. Sitiyasyon rechèch nan peyi a ak aletranje

2.1 Sous limyè lazè ki gen yon lajè liy etwat

2.1.1 Lazè semi-kondiktè distribye ak fidbak etwat

An 2006, Cliche et al. te redwi echèl MHz semi-kondiktè a.Lazè DFB(lazè ak fidbak distribye) sou yon echèl kHz lè l sèvi avèk metòd fidbak elektrik; An 2011, Kessler et al. te itilize yon kavite monokristal ki gen tanperati ki ba ak gwo estabilite konbine avèk yon kontwòl fidbak aktif pou jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy ultra-etwat 40 MHz; An 2013, Peng et al. te jwenn yon pwodiksyon lazè semi-kondiktè ak yon lajè liy 15 kHz lè l sèvi avèk metòd ajisteman fidbak ekstèn Fabry-Perot (FP). Metòd fidbak elektrik la te itilize sitou fidbak estabilizasyon frekans Pond-Drever-Hall pou diminye lajè liy lazè sous limyè a. An 2010, Bernhardi et al. te pwodui 1 cm3 aliminyòm FBG dopé ak èrbiyòm sou yon substra oksid Silisyòm pou jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy anviwon 1.7 kHz. Nan menm ane a, Liang et al. te itilize fidbak oto-enjeksyon dispèsyon Rayleigh bak ki te fòme pa yon rezonatè miray eko wo-Q pou konpresyon lajè liy lazè semi-kondiktè, jan yo montre nan Figi 1, epi finalman te jwenn yon pwodiksyon lazè lajè liy etwat 160 Hz.

Fig. 1 (a) Dyagram konpresyon lajè liy lazè semi-kondiktè ki baze sou dispèsyon Rayleigh oto-enjeksyon rezonatè mòd galeri chuichui ekstèn lan;
(b) Espèk frekans lazè semi-kondiktè ki fonksyone lib ak yon lajè liy 8 MHz;
(c) Espèk frekans lazè a ak lajè liy konprese a 160 Hz
2.1.2 Lazè fib ak lajè liy etwat

Pou lazè fib ak kavite lineyè, yo jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy etwat nan yon sèl mòd longitudinal lè yo diminye longè rezonatè a epi ogmante entèval mòd longitudinal la. An 2004, Spiegelberg et al. te jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy etwat nan yon sèl mòd longitudinal ak yon lajè liy 2 kHz lè yo te itilize metòd kavite kout DBR. An 2007, Shen et al. te itilize yon fib silikon 2 cm ki gen anpil dopan erbium pou ekri FBG sou yon fib fotosansib ko-dopan Bi-Ge, epi yo te fizyone li ak yon fib aktif pou fòme yon kavite lineyè kontra enfòmèl ant, sa ki fè lajè liy pwodiksyon lazè li mwens pase 1 kHz. An 2010, Yang et al. te itilize yon kavite lineyè kout 2 cm ki gen anpil dopan konbine avèk yon filtè FBG bande etwat pou jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon sèl mòd longitudinal ak yon lajè liy mwens pase 2 kHz. An 2014, ekip la te itilize yon kavite lineyè kout (rezonatè bag pliye vityèl) konbine avèk yon filtè FBG-FP pou jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy ki pi etwat, jan yo montre nan Figi 3. An 2012, Cai et al. te itilize yon estrikti kavite kout 1.4cm pou jwenn yon pwodiksyon lazè polarize ak yon puisans pwodiksyon ki pi gran pase 114 mW, yon longèdonn santral 1540.3 nm, ak yon lajè liy 4.1 kHz. An 2013, Meng et al. te itilize difizyon Brillouin nan fib dopé ak èrbyòm ak yon kavite bag kout nan yon aparèy prezèvasyon polarizasyon konplè pou jwenn yon pwodiksyon lazè mòd longitudinal sèl, bri faz ki ba ak yon puisans pwodiksyon 10 mW. An 2015, ekip la te itilize yon kavite bag ki konpoze de fib dopé ak èrbyòm 45 cm kòm mwayen gen difizyon Brillouin pou jwenn yon pwodiksyon lazè papòt ki ba ak yon lajè liy etwat.

Fig. 2 (a) Desen eskematik lazè fib SLC a;
(b) Fòm liy siyal eterodin lan mezire ak yon reta fib 97.6 km