Laserová zdrojová technologie proOptické vláknoSnímání první části
Technologie optického snímání vláken je druhem technologie snímání spolu s technologií optických vláken a technologií optické vlákniny a stala se jednou z nejaktivnějších větví fotoelektrické technologie. Systém snímání optických vláken se skládá hlavně z laserového, přenosového vlákna, snímacího prvku nebo modulační oblasti, detekce světla a dalších částí. Parametry popisující charakteristiky světelné vlny zahrnují intenzitu, vlnovou délku, fázi, stav polarizace atd. Tyto parametry mohou být změněny vnějšími vlivy při přenosu optických vláken. Například když teplota, napětí, tlak, proud, posunutí, vibrace, rotace, ohyb a chemické množství ovlivňují optickou cestu, tyto parametry se odpovídají odpovídajícím způsobem. Snížení optických vláken je založeno na vztahu mezi těmito parametry a vnějšími faktory pro detekci odpovídajících fyzikálních množství.
Existuje mnoho typůzdroj laseruPoužívá se v systémech snímání optických vláken, které lze rozdělit do dvou kategorií: koherentníLaserové zdrojea nekoherentní zdroje světla, nekoherentnísvětelné zdrojezahrnují hlavně žárovky a diody emitující světlo a koherentní světelné zdroje zahrnují pevné lasery, kapalné lasery, plynové lasery,polovodičový laseravlákno laser. Následuje hlavně proZdroj laserového světlaV oblasti snímání vláken se v posledních letech široce používá: úzká šířka šířky jednorázového laseru, frekvenční frekvenční laser s jednou vlnovou délkou a bílý laser.
1.1 Požadavky na úzkou šířkuZdroje laserového světla
Systém snímání optických vláken nelze oddělit od zdroje laseru, protože naměřená světelná vlna nosiče signálu, samotná výkonnost laserového světla, jako je například stabilita výkonu, šířka laserové šířky, fázový šum a další parametry na vzdálenost detekce optického vlákna, detekční vzdálenost. V posledních letech se s vývojem dlouhých ultra vysokých rozlišení optických vláken, akademická obce a průmysl předložily přísnější požadavky na výkon šířky miniaturizace laseru, hlavně v: Optická frekvenční doména (OFDR) využívá koherentní detekční technologii k tomu, aby se rozkvetlé domény (tisíci vedoucích doméně (tisíci pokrývají domény (tisíci), přičemž tisíce pokrývá doménu), přičemž tisíce zakrývá se). Výhody vysokého rozlišení (rozlišení na úrovni milimetrů) a vysoké citlivosti (do -100 dBm) se staly jednou z technologií se širokými vyhlídkami aplikací při distribuované technologii optických vláken a snímání. Jádrem technologie OFDR je použití laditelného světelného zdroje k dosažení optického vyladění frekvence, takže výkon laserového zdroje určuje klíčové faktory, jako je rozsah detekce OFD, citlivost a rozlišení. Když je vzdálenost bodu odrazů blízko délky koherence, intenzita beat signálu bude exponenciálně oslabena koeficientem τ/τc. Pro gaussovský zdroj světla se spektrálním tvarem, aby se zajistilo, že frekvence rytmu má více než 90% viditelnost, vztah mezi šířkou linie světelného zdroje a maximální délkou snímání, které může systém dosáhnout, je Lmax ~ 0,04 Vg/f, což znamená, že pro vlákno s délkou 80 km je šířka linie světelného zdroje. Kromě toho vývoj jiných aplikací také předkládá vyšší požadavky na šířku zdroje světla. Například v systému hydrofonu optického vlákna určuje šířka zdroje světelného šumu a také určuje minimální měřitelný signál systému. V reflektor optické časové domény Brillouin (BOTDR) je rozlišení měření teploty a napětí určeno hlavně šířkou zdroje světla. V gyru z rezonátoru optických vláken může být délka koherence světelné vlny zvýšena snížením šířky linie zdroje světla, čímž se zlepšila jemnost a rezonační hloubka rezonátoru, snížením šířky linie rezonátoru a zajištěním přesnosti měření optického gyru.
1.2 Požadavky na zdroje laseru zametání
Laser s jednou vlnovou délkou má flexibilní výkon ladění vlnových délek, může nahradit více výstupních laserů s pevnou vlnovou délkou, snížit náklady na konstrukci systému, je nezbytnou součástí systému snímání optických vláken. Například při snímání vláken stopových plynů mají různé druhy plynů různé vrcholy absorpce plynu. Aby se zajistila účinnost absorpce světla, když je měřicí plyn dostatečná a dosáhne vyšší citlivosti měření, je nutné zarovnat vlnovou délku přenosového světelného zdroje s absorpčním píkem molekuly plynu. Typ plynu, který lze detekovat, je v podstatě určen vlnovou délkou zdroje snímání světla. Proto úzké šířky šířky se stabilním výkonem ladění širokopásmového připojení mají v takových snímacích systémech vyšší flexibilitu měření. Například v některých distribuovaných systémech snímání optických vláken založených na odrazu optické frekvenční domény musí být laser rychle pravidelně zametán, aby bylo dosaženo vysoce přesné koherentní detekce a demodulaci optických signálů, takže rychlost modulace laserového zdroje má relativně vysoké požadavky, a rychlost nastavitelného laseru je obvykle vyžadována 10 pm/μs. Kromě toho lze laditelný úzký laser vlnové délky šířit také v LIDAR, laserovém dálkovém průzkumu a spektrální analýze s vysokým rozlišením a dalších snímacích polích. In order to meet the requirements of high performance parameters of tuning bandwidth, tuning accuracy and tuning speed of single-wavelength lasers in the field of fiber sensing, the overall goal of studying tunable narrow-width fiber lasers in recent years is to achieve high-precision tuning in a larger wavelength range on the basis of pursuing ultra-narrow laser linewidth, ultra-low phase noise, and ultra-stable output frequency and síla.
1.3 Poptávka po bílém laserovém světelném zdroji
V oblasti optického snímání má vysoce kvalitní laser bílého světla velký význam ke zlepšení výkonu systému. Čím širší spektrum pokrytí laseru bílého světla, tím rozsáhlejší je jeho aplikace v systému optického snímání vláken. Například při použití vlákniny Bragg Grating (FBG) k vytvoření senzorové sítě, spektrální analýzy nebo metody laditelného filtru by mohla být použita pro demodulaci. První z nich použil spektrometr k přímému testování každé rezonanční vlnové délky FBG v síti. Ten používá referenční filtr ke sledování a kalibraci FBG při snímání, které vyžadují zdroj širokopásmového světla jako testovací zdroj světla pro FBG. Protože každá síť FBG Access bude mít určitou ztrátu vložení a má šířku pásma více než 0,1 nm, simultánní demodulace více FBG vyžaduje širokopásmový zdroj světla s vysokou výkonem a vysokou šířkou pásma. Například při použití dlouhého období vlákniny (LPFG) pro snímání, protože šířka pásma jediného vrcholu ztráty je v řádu 10 nm, je zapotřebí širokého zdroje světla s dostatečnou šířkou pásma a relativně ploché spektrum k přesné charakteristice jeho rezonančních špičkových charakteristik. Zejména akustická vláknina mřížka (AIFG) konstruovaná využitím akusto-optického účinku může dosáhnout ladicího rozsahu rezonanční vlnové délky až 1000 nm pomocí elektrického ladění. Proto dynamické testování mřížky s takovým ultra širokým rozsahem ladění představuje velkou výzvu pro rozsah šířky pásma širokospektrálního světelného zdroje. Podobně se v posledních letech v oblasti snímání vlákna také široce používala nakloněná mřížka Bragg Fiber. Díky svým charakteristikám spektra s více vrcholy může rozsah distribuce vlnových délek obvykle dosáhnout 40 nm. Jeho snímací mechanismus je obvykle porovnat relativní pohyb mezi více přenosovými píky, takže je nutné zcela měřit jeho přenosové spektrum. Šířka pásma a napájení širokého zdroje světla spektra musí být vyšší.
2. status výzkumu doma i v zahraničí
2.1 Úzký zdroj laserového světla
2.1.1 Úzký polovodičový distribuovaný zpětnou vazbu LASER
V roce 2006 Cliche et al. snížil MHz stupnici polovodičeDFB Laser(distribuovaný laser zpětné vazby) do stupnice KHz pomocí metody elektrické zpětné vazby; V roce 2011 Kessler et al. Používá se nízká teplota a vysoká stabilita jedno krystalová dutina v kombinaci s aktivní kontrolou zpětné vazby k získání laserového výstupu šířky ultra zároveň přízvuk 40 MHz; V roce 2013 získal Peng et al polovodičový laserový výstup s šířkou šířky 15 kHz pomocí metody externího nastavení zpětné vazby FABRY-perot (FP). Metoda elektrické zpětné vazby používala hlavně zpětnou vazbu ke stabilizaci frekvence rybníka-drever-hall, aby se snížila laserová šířka zdroje světelného zdroje. V roce 2010 Bernhardi et al. produkoval 1 cm erbiově dotované hliníky FBG na substrátu oxidu křemíku, aby se získal laserový výstup s šířkou linie asi 1,7 kHz. Ve stejném roce Liang et al. Použila zpětná vazba zpětné vazby Rayleigh Self-injection vytvořená rezonátorem stěny ozvěny s vysokým q pro kompresi polovodičového laserového laseru, jak je znázorněno na obrázku 1, a nakonec získala úzký výstup 1 linii šikru 160 Hz.
Obr. 1 (a) diagram polovodičového laserového laserového šířky šířky založený na rozptylu RAYLEIGH RAYLEIGH RAYLEIGH REMONÁTOU GALERIE REMONÁTOR;
b) frekvenční spektrum volného běhu polovodičového laseru s liniovou šířkou 8 MHz;
(c) Frekvenční spektrum laseru s komprimovaným šílenstvím na šílenství na 160 Hz
2.1.2 Úzký laser s vláknem
Pro lasery lineárních vláken se získá úzký 1 liniový laserový výstup jednoho podélného režimu zkrácením délky rezonátoru a zvýšením intervalu podélného režimu. V roce 2004 Spiegelberg et al. Získal jediný podélný režim úzký výstup šířky šířky šířky s šířkou šířky 2 kHz pomocí metody krátké dutiny DBR. V roce 2007 Shen a kol. Použil 2 cm silně erbiově dotované křemíkové vlákno pro psaní FBG na korezitivní vlákno s Bi-GOped a fúzovalo jej s aktivním vláknem za vzniku kompaktní lineární dutiny, čímž se jeho laserová výstupní linka šířila menší než 1 kHz. V roce 2010 Yang et al. Použil 2cm vysoce dopovaný krátkou lineární dutinu kombinovaný s úzkopásmovým filtrem FBG k získání jediného laserového výstupu podélného režimu s šířkou vedení menší než 2 kHz. V roce 2014 tým použil krátkou lineární dutinu (virtuální složený kruhový rezonátor) kombinovanou s filtrem FBG-FP, aby získal laserový výstup s užší šířkou linie, jak je znázorněno na obrázku 3. V roce 2012 Cai et al. K získání polarizačního laserového výstupu s výstupním výkonem větší než 114 MW, centrální vlnovou délkou 1540,3 nm a šířku linky 4,1 kHz. V roce 2013 Meng et al. Použitý rozptyl brillouinového vlákna dotovaného vlákna s krátkou prstencovou dutinou zařízení pro konzervaci plného zkreslení k získání jednorázového režimu, nízkofázového šumového laserového výkonu s výstupním výkonem 10 MW. V roce 2015 tým použil prstencovou dutinu složenou ze 45 cm erbiově dotovaného vlákna jako médium pro zisk brillouinu k získání nízkého prahového a úzkého laserového výkonu šířky.
Obr. 2 (a) Schematický výkres laseru vlákna SLC;
(b) Lišina heterodynského signálu měřena se zpožděním 97,6 km vlákna
Čas příspěvku: Nov-20-2023