Լազերային աղբյուրի տեխնոլոգիա օպտիկական մանրաթելային սենսացիոն մասի համար

Լազերային աղբյուրի տեխնոլոգիաՕպտիկական մանրաթելԶգայուն մասը

Օպտիկական մանրաթելային սենսացիոն տեխնոլոգիան զգայական տեխնոլոգիայի տեսակ է, որը զարգացել է օպտիկական մանրաթելային տեխնոլոգիայի եւ օպտիկական մանրաթելային հաղորդակցման տեխնոլոգիայի հետ միասին, եւ այն դարձել է ֆոտոէլեկտրիկ տեխնոլոգիայի ամենաակտիվ ճյուղերից մեկը: Օպտիկական մանրաթելային սենսացիոն համակարգը հիմնականում բաղկացած է լազերային, փոխանցման մանրաթելից, զգայուն տարրից կամ մոդուլյացիայի տարածքից, թեթեւ հայտնաբերումից եւ այլ մասերից: Լույսի ալիքի բնութագրերը նկարագրող պարամետրերը ներառում են ինտենսիվությունը, ալիքի երկարությունը, փուլը, բեւեռացման վիճակը եւ այլն: Այս պարամետրերը կարող են փոխվել օպտիկական մանրաթելային փոխանցման արտաքին ազդեցությամբ: Օրինակ, երբ ջերմաստիճանը, լարումը, ճնշումը, հոսանքը, տեղահանումը, թրթռումը, ռոտացիան, կռումն ու քիմիական քանակությունը ազդում են օպտիկական ճանապարհի վրա, համապատասխանաբար փոխվում են այս պարամետրերը: Օպտիկական մանրաթելային զգայարանները հիմնված են այս պարամետրերի եւ արտաքին գործոնների միջեւ փոխհարաբերությունների վրա `համապատասխան ֆիզիկական քանակությունները հայտնաբերելու համար:

Կան բազմաթիվ տեսակներԼազերային աղբյուրօգտագործվում է օպտիկական մանրաթելային սենսացիոն համակարգերում, որոնք կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի, համահունչԼազերային աղբյուրներեւ անհամատեղելի լույսի աղբյուրներ, անհամատեղելիԼույսի աղբյուրներհիմնականում ներառում են շիկացած թեթեւ եւ թեթեւ արտանետող դիոդներ, եւ համահունչ լույսի աղբյուրները ներառում են պինդ լազերներ, հեղուկ լազերներ, գազի լազերներ,Կիսահաղորդչային լազերմի քանազորմանրաթելային լազերՄի շարք Հետեւյալը հիմնականում էԼազերային լույսի աղբյուրԼայնորեն օգտագործվում է մանրաթելային զգայարանների դաշտում վերջին տարիներին. Նեղ գծի լայնություն մեկ հաճախականության լազեր, մեկանգամյա երկարության մաքրման հաճախականության լազեր եւ սպիտակ լազեր:

1.1 Նեղ գծի համար պահանջներԼազերային լույսի աղբյուրներ

Օպտիկական մանրաթելային սենսացիոն համակարգը չի կարող առանձնացվել լազերային աղբյուրից, քանի որ չափված ազդանշանային կրիչի թեթեւ ալիքը, լազերային լույսի աղբյուրը ինքնուրույն կատարողականը, ինչպիսիք են էլեկտրաէներգիայի կայունությունը եւ այլ պարամետրերը օպտիկական մանրաթելային համակարգի հայտնաբերման հեռավորության վրա: Վերջին տարիներին, երկարատեւ ծայրահեղ բարձրորակ օպտիկամանրաթելային օպտիկական օպտիկական օպտիկամանրաթելային համակարգերի, ակադեմիան եւ արդյունաբերությունը ավելի խիստ պահանջներ են առաջ քաշել լազերային մանրանկարչության գծային ներկայացման համար: Բարձր լուծման (միլիմետր մակարդակի լուծման) եւ բարձր զգայունության (մինչեւ -100 DBM) առավելությունները դարձել են տեխնոլոգիաներից մեկը `օպտիկական օպտիկական օպտիկական չափման եւ զգայուն տեխնոլոգիայի լայն դիմումի հեռանկարներով: OFDR տեխնոլոգիայի միջուկը պետք է օգտագործվի ընտրական լույսի աղբյուր `օպտիկական հաճախականության կարգաբերմանը հասնելու համար, ուստի լազերային աղբյուրի կատարումը որոշում է այնպիսի հիմնական գործոնները, ինչպիսիք են` DEDR- ի հայտնաբերման միջակայքը, զգայունությունը եւ բանաձեւը: Երբ արտացոլման կետի հեռավորությունը մոտ է համահունչության երկարությանը, ծեծի ազդանշանի ինտենսիվությունը էքսպոզիցիվորեն կթուլանա գործակիցը τ / τc: Գաուսական լույսի աղբյուրի համար սպեկտրալ ձեւով, որպեսզի ծեծի հաճախությունը ունենա ավելի քան 90% տեսանելիություն, լույսի աղբյուրի գծի լայնության եւ առավելագույն զգայարանային երկարության միջեւ, ինչը նշանակում է, որ լույսի աղբյուրի լայնությունը ավելի քան 100 Հց է: Բացի այդ, այլ դիմումների զարգացումը նաեւ ավելի բարձր պահանջներ է ներկայացնում լույսի աղբյուրի գծի համար: Օրինակ, օպտիկական մանրաթելային հիդրոֆոն համակարգում լույսի աղբյուրի Linewidth- ը որոշում է համակարգի աղմուկը եւ նաեւ որոշում է համակարգի նվազագույն չափելի ազդանշանը: Brillouin օպտիկական ժամանակի տիրույթի ռեֆլեկտորում (BOTDR), ջերմաստիճանի եւ սթրեսի չափման լուծումը հիմնականում սահմանվում է լույսի աղբյուրի Linewidth- ով: Ռեզոնատորի օպտիկամանրաթելային Gyro- ում թեթեւ ալիքի համահունչությունը կարող է ավելանալ `նվազեցնելով լույսի աղբյուրի գծի լայնությունը, դրանով իսկ բարելավելով ռեզոնատորի գծի լայնությունը եւ մանրաթելային գծի չափման ճշգրտությունը:

1.2 Լազերային լազերային աղբյուրների պահանջներ

Single ալիքի երկարությամբ լազերային լազեր ունի ճկուն ալիքի երկարության լարման կատարումը, կարող է փոխարինել բազմաթիվ ելքային ֆիքսված ալիքի երկարության լազերներ, նվազեցնել համակարգի կառուցման ծախսերը, օպտիկական օպտիկական սենսացիոն համակարգի անփոխարինելի մասն է: Օրինակ, Trace գազի մանրաթելային սենսացիա, տարբեր տեսակի գազեր ունեն գազի կլանման տարբեր գագաթներ: Լույսի կլանման արդյունավետությունը ապահովելու համար, երբ չափման գազը բավարար է եւ հասնել չափման ավելի մեծ զգայունության, անհրաժեշտ է հավասարեցնել փոխանցման լույսի աղբյուրի ալիքի երկարությունը `գազի մոլեկուլի կլանման գագաթով: Գազի տեսակը, որը կարող է հայտնաբերվել, ըստ էության որոշվում է զգայուն լույսի աղբյուրի ալիքի երկարությամբ: Հետեւաբար, լայնածավալ լայնաշերտ կարգաբերող կատարմամբ նեղ գծային լազերները նման զգայական համակարգերում ունեն ավելի բարձր չափման ճկունություն: Օրինակ, օպտիկական հաճախականության տիրույթի արտացոլման որոշ բաշխված օպտիկական օպտիկական օպտիկական համակարգերում, լազերը պետք է արագ պարբերաբար պարբերաբար պարբերաբար թափվի `օպտիկական աղբյուրի բարձր մակարդակի բարձրացմանը, եւ կարգավորելի լազերի մաքրման արագությունը սովորաբար անհրաժեշտ է հասնել 10-ի / մկների: Բացի այդ, ալիքի երկարության լարված նեղ գծային լազերը կարող է լայնորեն կիրառվել նաեւ Լիդարում, լազերային հեռակառավարման եւ բարձրորակ սպեկտրալ վերլուծության եւ այլ զգայական ոլորտների: Որպեսզի բավարարեք լարի լարինգի բարձրորակ պարամետրերի պահանջները `միանգամյա ալիքի երկարության լազերների վրա` մանրաթելային սենսորի դաշտում, վերջին տարիներին լարված նեղ լայնություն ունեցող մանրաթելային լազերների ուսումնասիրման ընդհանուր նպատակը ավելի մեծ ալիքի երկարության տեսականի հասնելն է `ուլտրա-ցածր փուլի աղմուկը հետապնդելու համար եւ Ուլտրա կայուն ելքային հաճախականություն եւ ուժ:

1.3 Սպիտակ լազերային լույսի աղբյուրի պահանջարկ

Օպտիկական զգայարանային ոլորտում բարձրորակ սպիտակ թեթեւ լազերը մեծ նշանակություն ունի համակարգի կատարողականի բարելավման համար: Սպիտակ լույսի լազերի ավելի լայնածածկ լուսաբանումը, այնքան ավելի ընդարձակ է իր դիմումը օպտիկական մանրաթելային սենսացիոն համակարգում: Օրինակ, օպտիկամանրաթելային ցանցը (FBG) սենսորային ցանց կառուցելու համար սպեկտրալ վերլուծություն կամ հարմարավետ ֆիլտրի համապատասխանության մեթոդը կարող է օգտագործվել Demodulation- ի համար: Նախկինում օգտագործեց սպեկտրոմետր, ցանցում ուղղակիորեն փորձարկելու FBG ռեզոնանսային ալիքի երկարությունը: Վերջինս օգտագործում է հղման զտիչ `FBG- ն զգայարանների մեջ հետեւելու եւ ստուգելու համար, որոնց երկուսն էլ պահանջում են լայնաշերտ լույսի աղբյուր, որպես FBG- ի փորձարկման լույսի աղբյուր: Քանի որ FBG մուտքի յուրաքանչյուր ցանցը կունենա որոշակի ներդիրի կորուստ եւ ունի ավելի քան 0,1 նմ թողունակություն, բազմակի FBG- ի միաժամանակավորումը պահանջում է լայնաշերտ լույսի աղբյուր, բարձր էներգիայի եւ բարձր թողունակությամբ: Օրինակ, երկար ժամանակով մանրաթելային մանրաթելային (LPFG) օգտագործելու ժամանակ, քանի որ մեկ կորստի գագաթնակետի թողունակությունը 10 NM կարգի վրա է, իսկ լայն սպեկտրի լույսի աղբյուրը `բավարար թողունակությամբ եւ համեմատաբար հարթ սպեկտրով: Մասնավորապես, Acousto-optic- ի օգտագործմամբ կառուցված ակուստիկ մանրաթելային քերող (AIFG) կարող է հասնել էլեկտրական լարման միջոցով ռեզոնանսային ալիքի երկարության լարվածության տեսականի: Հետեւաբար, նման ուլտրամանուշակագույն կարգաբերող միջակայքի դինամիկ քերող փորձարկումը մեծ մարտահրավեր է առաջացնում լայն սպեկտրի լույսի աղբյուրի թողունակության տեսականին: Նմանապես, վերջին տարիներին թեքված Bragg մանրաթելային քերածը լայնորեն կիրառվել է նաեւ մանրաթելային զգայարանների ոլորտում: Իր բազմաբնակարան կորստի սպեկտրի բնութագրերի շնորհիվ, ալիքի երկարության բաշխման միջակայքը սովորաբար կարող է հասնել 40 նմ: Դրա զգայուն մեխանիզմը սովորաբար համեմատական ​​շարժումը համեմատելու բազմակի փոխանցման գագաթների շարքում, ուստի անհրաժեշտ է ամբողջությամբ չափել դրա փոխանցման սպեկտրը: Լայն սպեկտրի լույսի աղբյուրի թողունակությունն ու ուժը պահանջվում է ավելի բարձր լինել:

2-ը: Հետազոտության կարգավիճակը տանը եւ արտերկրում

2.1 Նեղ գծի լազերային լույսի աղբյուր

2.1.1 Նեղ Linewidth կիսահաղորդչային բաշխված հետադարձ կապի լազեր

2006-ին կլիշե et al. կրճատեց կիսահաղորդչային ՄՀց սանդղակըDFB լազեր(բաշխված հետադարձ կապի լազեր) դեպի Խզի մասշտաբը `օգտագործելով էլեկտրական արձագանքների մեթոդը. 2011-ին Քեսլեր եւ Ալ. Օգտագործված ցածր ջերմաստիճան եւ բարձր կայունություն Single Crystal Cavity, որը զուգորդվում է ակտիվ հետադարձ կապի վերահսկման հետ `40 ՄՀցի ծայրահեղ նեղ գծային լազերային արտադրանքը ստանալու համար. 2013-ին Peng et al- ը ստացավ կիսահաղորդչային լազերային ելք, 15 կՀցի գծով Linewidth- ով `օգտագործելով արտաքին Fabry-Perot (FP) հետադարձ կապի մեթոդը: Էլեկտրական հետադարձ կապի մեթոդը հիմնականում օգտագործում էր լճակի չորսի դահլիճի հաճախականության կայունացման հետադարձ կապը `լազերային գծի լույսի ներքո դրանք կրճատելու համար: 2010-ին Բերնհարդի եւ այլն: Արտադրեց erbium-doped ալյումինե ալյումինե FBG- ի 1 սմ սիլիկոնային օքսիդի սուբստրատի վրա `լազերային ելք ձեռք բերելու համար` մոտ 1,7 կՀց գծի լայնությամբ: Նույն թվականին Liang et al. Օգտագործել է հետադարձ Rayleigh ցրման ինքնահաստատման հետադարձ կապը, որը ձեւավորվում է բարձր-Q Echo Wall Resonator- ի կողմից կիսահաղորդչային լազերային գծի լայնության սեղմման միջոցով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում եւ վերջապես ձեռք բերեց 160 Հցի նեղ գծի լազերային արտադրանք:

Նկար 1 (ա) Կիսահաղորդչային լազերային գծի գծապատկերային սեղմման գծապատկեր `հիմք ընդունելով արտաքին շշուկի պատկերասրահի ռեժիմի ինքնահաստատման Rayle rectating.
(բ) անվճար հոսող կիսահաղորդչային լազերային հաճախականության սպեկտր, 8 ՄՀց գծով.
գ) լազերային հաճախականության սպեկտրը, գծապատկերով սեղմված 160 Հց
2.1.2 նեղ գծային մանրաթելային լազեր

Գծային խոռոչի համար մանրաթելային լազերներ, միայնակ երկայնական ռեժիմի նեղ գծային լազերային արտադրանքը ձեռք է բերվում ռեզոնատորի երկարությունը կրճատելով եւ երկայնական ռեժիմի ընդմիջման բարձրացում: 2004-ին Spiegelberg et al. Ձեռք բերեց մեկ երկայնական ռեժիմը նեղ գծային լազերային ելք `2 կՀցի գծով` օգտագործելով DBR կարճ խոռոչի մեթոդ: 2007-ին Շեն եւ Ալ. Օգտագործված է 2 սմ ծանրաշարժ erbium-doped սիլիկոնային մանրաթել `FBG- ն` FBG- ն `BBG- ի համահեղինակավոր լուսանկարչական մանրաթելի վրա եւ միաձուլեց այն ակտիվ մանրաթելով` կազմելու համար բաղկացած գծային գծի լայնությունը 1 կՀցի միջոցով: 2010-ին yang et al. Օգտագործված է 2 սմ բարձր դոպեդ կարճ գծային խոռոչ, որը զուգորդվում է նեղ ցանցի ֆիլտրի հետ `մեկ երկայնական ռեժիմի լազերային ելք ձեռք բերելու համար` 2 կՀցի գծի լայնությամբ: 2014-ին թիմը օգտագործեց կարճ գծային խոռոչ (վիրտուալ ծալովի օղակաձեւ ռեզոնատոր) `FBG-FP ֆիլտրի հետ` ավելի նեղ գծի լայնությամբ լազերային ելք ստանալու համար, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում: Օգտագործեց 1.4 սմ կարճ խոռոչի կառուցվածքը `114 ՄՎտ-ից ավելի ելքային ուժով բեւեռացնող լազերային ելք ձեռք բերելու համար, 1540.3 նմ կենտրոնական ալիքի երկարություն եւ 4.1 կՀցի գիծ: 2013-ին, Մենգ եւ այլն: Օգտագործված Brillouin- ի ցրումը Erbium-Doped Fiber- ի միջոցով `լիարժեք կողմնակալության պահպանման սարքի կարճ օղակաձեւ խոռոչով` մեկանգամյա երկարատեւ ռեժիմ ձեռք բերելու համար, ցածր փուլային աղմուկի լազերային ելք `10 ՄՎտ-ի ելքային հզորությամբ: 2015-ին թիմը օգտագործեց ռինգի խոռոչ, որը բաղկացած էր 45 սմ erbium-doped մանրաթելից, քանի որ Brillouin ցրումը միջոց է ձեռք բերում ցածր շեմի եւ նեղ գծի լազերային ելք ստանալու համար:

Նկար 2 (ա) SLC մանրաթելային լազերի սխեմատիկ նկարը.
(բ) Heterodyne ազդանշանի Lineshape- ը չափվում է 97,6 կմ-ի մանրաթելով հետաձգմամբ