Teknoloji sous lazè poufib optikdeteksyon Premye Pati
Teknoloji deteksyon fib optik se yon kalite teknoloji deteksyon devlope ansanm ak teknoloji fib optik ak teknoloji kominikasyon fib optik, epi li te vin youn nan branch ki pi aktif nan teknoloji fotoelektrik. Sistèm deteksyon fib optik se sitou ki konpoze de lazè, fib transmisyon, eleman deteksyon oswa zòn modulasyon, deteksyon limyè ak lòt pati. Paramèt ki dekri karakteristik vag limyè yo enkli entansite, longèdonn, faz, eta polarizasyon, elatriye. Paramèt sa yo ka chanje pa enfliyans ekstèn nan transmisyon fib optik. Pou egzanp, lè tanperati, souch, presyon, aktyèl, deplasman, Vibration, wotasyon, koube ak kantite chimik afekte chemen an optik, paramèt sa yo chanje korespondan. Fib optik deteksyon baze sou relasyon ki genyen ant paramèt sa yo ak faktè ekstèn yo detekte kantite fizik ki koresponn yo.
Gen anpil kalitesous lazèyo itilize nan sistèm deteksyon fib optik, ki ka divize an de kategori: aderansous lazèak sous limyè enkoyeran, enkoyeransous limyèsitou gen ladan limyè enkandesan ak dyod ki emèt limyè, ak sous limyè aderan yo enkli lazè solid, lazè likid, lazè gaz,semiconductor lazèepifib lazè. Sa ki anba la a se sitou pou lasous limyè lazèlajman itilize nan jaden an nan fib deteksyon nan dènye ane yo: etwat liy lajè sèl-frekans lazè, yon sèl-longèdonn lazè frekans bale ak lazè blan.
1.1 Kondisyon pou lajè liy etwatsous limyè lazè
Fib optik sistèm deteksyon pa ka separe de sous lazè a, kòm siyal la mezire vag limyè konpayi asirans lan, sous limyè lazè tèt li pèfòmans, tankou estabilite pouvwa, lazè linewidth, bri faz ak lòt paramèt sou fib optik deteksyon sistèm lan distans deteksyon, deteksyon. presizyon, sansiblite ak karakteristik bri jwe yon wòl desizif. Nan dènye ane yo, ak devlopman nan long distans ultra-wo rezolisyon optik fib deteksyon sistèm, inivèsite ak endistri yo te mete pi devan kondisyon pi sevè pou pèfòmans nan linewidth nan miniaturization lazè, sitou nan: optik frekans domèn refleksyon (OFDR) teknoloji itilize aderan deteksyon teknoloji analize backrayleigh siyal yo gaye nan fib optik nan domèn nan frekans, ak yon kouvèti asirans lajè (dè milye de mèt). Avantaj ki genyen nan rezolisyon segondè (rezolisyon nivo milimèt) ak sansiblite segondè (jiska -100 dBm) te vin youn nan teknoloji yo ak kandida aplikasyon lajè nan distribye fib optik mezi ak teknoloji deteksyon. Nwayo teknoloji OFDR se pou itilize sous limyè reglabl pou reyalize akor frekans optik, kidonk pèfòmans sous lazè a detèmine faktè kle yo tankou ranje deteksyon OFDR, sansiblite ak rezolisyon. Lè distans pwen refleksyon an se tou pre longè koerans, entansite siyal bat la pral eksponansyèlman diminye pa koyefisyan τ/τc. Pou yon sous limyè Gaussian ak yon fòm espèk, yo nan lòd yo asire ke frekans bat la gen plis pase 90% vizibilite, relasyon ki genyen ant lajè liy sous limyè a ak longè maksimòm deteksyon ke sistèm lan ka reyalize se Lmax ~ 0.04vg. /f, ki vle di ke pou yon fib ki gen yon longè 80 km, lajè liy sous limyè a se mwens pase 100 Hz. Anplis de sa, devlopman nan lòt aplikasyon tou mete pi devan kondisyon ki pi wo pou lajè liy lan nan sous la limyè. Pou egzanp, nan sistèm idwofòn fib optik la, lajè liy sous limyè a detèmine bri sistèm lan epi tou li detèmine siyal minimòm mezirab sistèm lan. Nan Brillouin optik tan domèn reflektè (BOTDR), rezolisyon an mezi nan tanperati ak estrès se sitou detèmine pa lajè liy lan nan sous la limyè. Nan yon gyro fib optik resonator, longè koerans vag limyè a ka ogmante pa diminye lajè liy sous limyè a, kidonk amelyore rafineman ak pwofondè sonorite resonator la, diminye lajè liy resonator la, epi asire mezi a. presizyon nan gyro a fib optik.
1.2 Kondisyon pou sous lazè bale
Single longèdonn bale lazè gen pèfòmans fleksib akor longèdonn, ka ranplase miltip pwodiksyon lazè longèdonn fiks, redwi pri a nan konstriksyon sistèm, se yon pati endispansab nan sistèm fib optik deteksyon. Pou egzanp, nan deteksyon fib tras gaz, diferan kalite gaz gen diferan pik absòpsyon gaz. Yo nan lòd yo asire efikasite nan absòpsyon limyè lè gaz la mezi se ase epi reyalize pi wo sansiblite mezi, li nesesè aliman longèdonn nan sous limyè transmisyon an ak pik absòpsyon nan molekil gaz la. Kalite gaz ki ka detekte esansyèlman detèmine pa longèdonn sous limyè a. Se poutèt sa, lazè linewidth etwat ak pèfòmans akor bande ki estab gen pi wo fleksibilite mezi nan sistèm deteksyon sa yo. Pou egzanp, nan kèk distribye sistèm deteksyon fib optik ki baze sou refleksyon domèn frekans optik, lazè a bezwen rapidman detanzantan bale pou reyalize deteksyon segondè-presizyon aderan ak demodulasyon siyal optik, kidonk pousantaj modulasyon sous lazè a gen kondisyon relativman wo. , ak vitès la bale lazè reglabl anjeneral oblije rive nan 10 pm / μs. Anplis de sa, longèdonn lazè lajè liy lajè reglabl ka lajman itilize nan liDAR, lazè remote sensing ak analiz espèk-wo rezolisyon ak lòt jaden deteksyon. Yo nan lòd yo satisfè kondisyon ki nan paramèt pèfòmans segondè nan Pleasant akor, presizyon akor ak vitès akor nan lazè sèl-longè onn nan jaden an nan fib deteksyon, objektif la an jeneral nan etidye lazè fib etwat-lajè reglabl nan dènye ane yo se reyalize segondè- akor presizyon nan yon seri longèdonn pi gwo sou baz pouswiv ultra-etwat lazè liy lazè, bri faz ultra-ba, ak frekans pwodiksyon ultra-estab ak pouvwa.
1.3 Demand pou sous limyè lazè blan
Nan jaden an nan deteksyon optik, bon jan kalite lazè limyè blan se nan gwo siyifikasyon amelyore pèfòmans nan sistèm nan. Pi laj pwoteksyon an spectre nan lazè limyè blan, se plis vaste aplikasyon li nan sistèm deteksyon fib optik. Pou egzanp, lè w ap itilize fib Bragg griyaj (FBG) pou konstwi yon rezo Capteur, yo ka itilize analiz espèk oswa metòd matche filtre tunable pou demodulasyon. Ansyen an te itilize yon espektwomèt pou teste dirèkteman chak longèdonn sonan FBG nan rezo a. Lèt la sèvi ak yon filtè referans pou swiv ak kalibre FBG nan deteksyon an, tou de nan yo ki mande pou yon sous limyè bande kòm yon sous limyè tès pou FBG la. Paske chak rezo aksè FBG pral gen yon pèt ensèsyon sèten, epi li gen yon Pleasant ki gen plis pase 0.1 nm, demodulasyon an similtane nan miltip FBG mande pou yon sous limyè bande ak gwo pouvwa ak gwo Pleasant. Pou egzanp, lè w ap itilize griyaj fib peryòd long (LPFG) pou deteksyon, depi Pleasant nan yon pik pèt sèl se nan lòd la nan 10 nm, yon sous limyè gwo spectre ak ase Pleasant ak spectre relativman plat oblije karakterize avèk presizyon sonans li yo. karakteristik pik yo. An patikilye, griyaj fib acoustic (AIFG) konstwi pa itilize efè acousto-optik ka reyalize yon seri akor nan longèdonn sonan jiska 1000 nm pa mwayen akor elektrik. Se poutèt sa, tès griyaj dinamik ak yon seri akor ultra-lajè poze yon gwo defi nan seri a Pleasant nan yon sous limyè lajè-spectre. Menm jan an tou, nan dènye ane yo, panche Bragg fib griyaj tou te lajman itilize nan jaden an nan fib deteksyon. Akòz karakteristik spectre pèt milti-pik li yo, ranje distribisyon longèdonn yo ka anjeneral rive nan 40 nm. Mekanis deteksyon li yo anjeneral konpare mouvman relatif la nan mitan plizyè pik transmisyon, kidonk li nesesè pou mezire spectre transmisyon li yo nèt. Pleasant ak pouvwa sous limyè spectre lajè yo oblije pi wo.
2. Estati rechèch nan kay ak aletranje
2.1 Etwat linewidth lazè sous limyè
2.1.1 Etwat linewidth semi-conducteurs distribye fidbak lazè
An 2006, Cliche et al. redwi echèl la MHz nan semi-conducteursDFB lazè(distribiye lazè fidbak) nan echèl kHz lè l sèvi avèk metòd fidbak elektrik; An 2011, Kessler et al. itilize tanperati ki ba ak estabilite segondè yon sèl kavite kristal konbine avèk kontwòl fidbak aktif pou jwenn pwodiksyon lazè ultra-etwat liy nan 40 MHz; Nan 2013, Peng et al te jwenn yon pwodiksyon lazè semi-conducteurs ak yon lajè liy 15 kHz lè l sèvi avèk metòd ekstèn Fabry-Perot (FP) ajisteman fidbak. Metòd fidbak elektrik la sitou itilize fidbak estabilizasyon frekans Pond-Drever-Hall pou fè lazè liy lazè sous limyè a redwi. An 2010, Bernhardi et al. pwodwi 1 cm nan erbium-dope alumina FBG sou yon substra oksid Silisyòm pou jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy apeprè 1.7 kHz. Nan menm ane a, Liang et al. te itilize fidbak pwòp tèt ou-piki nan bak Rayleigh gaye ki te fòme pa yon resonator miray segondè-Q eko pou semi-conducteurs lazè liy-lajè konpresyon, jan yo montre nan Figi 1, epi finalman jwenn yon etwat liy-lajè pwodiksyon lazè nan 160 Hz.
Fig. 1 (a) Dyagram nan konpresyon lajè lazè semi-conducteurs ki baze sou dispèsyon Rayleigh pwòp tèt ou-piki nan resonator mòd galri ekstèn chichote;
(b) spectre frekans nan lazè semi-kondiktè ki kouri gratis ak lajè liy 8 MHz;
(c) spectre frekans nan lazè a ak lajè liy konprese a 160 Hz
2.1.2 Etwat linewidth fib lazè
Pou lazè fib kavite lineyè, pwodiksyon lazè etwat linewidth nan yon sèl mòd longitudinal yo jwenn pa diminye longè resonatè a ak ogmante entèval mòd longitudinal la. An 2004, Spiegelberg et al. te jwenn yon sèl lonjitidinal mòd etwat linewidth lazè pwodiksyon ak yon linewidth nan 2 kHz lè l sèvi avèk metòd DBR kavite kout. An 2007, Shen et al. te itilize yon fib Silisyòm ki gen anpil erbium-dope 2 cm pou ekri FBG sou yon fib fotosensib ko-dope Bi-Ge, ak fusion li ak yon fib aktif pou fòme yon kavite lineyè kontra enfòmèl ant, ki fè lajè liy pwodiksyon lazè li yo mwens pase 1 kHz. Nan 2010, Yang et al. te itilize yon kavite lineyè kout 2cm trè dope konbine avèk yon filtè FBG etwat pou jwenn yon sèl pwodiksyon lazè mòd longitudinal ak yon lajè liy ki mwens pase 2 kHz. Nan 2014, ekip la te itilize yon kavite lineyè kout (resonator bag ki plwaye vityèl) konbine avèk yon filtè FBG-FP pou jwenn yon pwodiksyon lazè ak yon lajè liy pi etwat, jan yo montre nan Figi 3. Nan 2012, Cai et al. itilize yon estrikti kavite kout 1.4cm pou jwenn yon pwodiksyon lazè polarize ak yon pouvwa pwodiksyon ki pi gran pase 114 mW, yon longèdonn santral 1540.3 nm, ak yon lajè liy 4.1 kHz. Nan 2013, Meng et al. itilize Brillouin gaye nan fib erbium-dope ak yon kavite bag kout nan yon aparèy prezève plen patipri pou jwenn yon mòd sèl-longitudinal, pwodiksyon lazè bri ki ba-faz ak yon pouvwa pwodiksyon de 10 mW. Nan 2015, ekip la te itilize yon kavite bag ki konpoze de fib 45 cm erbyòm-dope kòm mwayen gaye Brillouin pou jwenn yon papòt ki ba ak pwodiksyon lazè etwat linewidth.
Fig. 2 (a) Desen chematik lazè fib SLC a;
(b) Lineshape siyal heterodyne la mezire ak reta fib 97.6 km
Tan poste: Nov-20-2023