Ласерска изворна технологија заОптички влакнаЧувствувајќи го првиот дел
Технологијата за сензори на оптички влакна е еден вид технологија за сензори развиена заедно со технологија за оптички влакна и технологија за комуникација со оптички влакна и стана една од најактивните гранки на фотоелектричната технологија. Системот за сензори на оптички влакна главно е составен од ласер, трансмисија на влакна, елемент на сензори или област на модулација, откривање на светлина и други делови. Параметрите што ги опишуваат карактеристиките на светлосен бран вклучуваат интензитет, бранова должина, фаза, состојба на поларизација, итн. Овие параметри може да се променат со надворешни влијанија во преносот на оптички влакна. На пример, кога температурата, вирусот, притисокот, струјата, поместувањето, вибрациите, ротацијата, свиткување и хемиската количина влијаат на оптичката патека, овие параметри соодветно се менуваат. Чувството на оптички влакна се заснова на врската помеѓу овие параметри и надворешните фактори за откривање на соодветните физички количини.
Постојат многу видови наласерски изворСе користи во системи за сензори на оптички влакна, кои можат да се поделат во две категории: кохерентниласерски извории некохерентни извори на светлина, некохерентниИзвори на светлинаГлавно вклучуваат блескаво светло и светлосни диоди, а кохерентните извори на светлина вклучуваат цврсти ласери, течни ласери, ласери за гас,Полупроводнички ласериласер на влакна. Следното е главно заИзвор на ласерска светлинаШироко користено во полето на сензори на влакна во последниве години: тесна ширина на линијата со една фреквенција ласер, ласерска фреквенција на фреквенција на фреквенција со единечна бранова должина и бел ласер.
1.1 Барања за тесна ширина на линијатаИзвори на ласерска светлина
Системот за сензори на оптички влакна не може да се одвои од ласерскиот извор, бидејќи измерениот светлосен бран на носачот на сигналот, перформансите на ласерскиот извор на светлина, како што се стабилноста на електрична енергија, ласерската линерка, фазата на бучава и другите параметри на растојанието за откривање на системот за оптички влакна, точност за откривање, точност за откривање, чувствителност и карактеристики на бучава играат одлучувачка улога. In recent years, with the development of long-distance ultra-high resolution optical fiber sensing systems, academia and industry have put forward more stringent requirements for the linewidth performance of laser miniaturization, mainly in: optical frequency domain reflection (OFDR) technology uses coherent detection technology to analyze the backrayleigh scattered signals of optical fibers in the frequency domain, with a wide coverage (thousands of метри). Предностите на висока резолуција (резолуција на ниво на милиметар) и висока чувствителност (до -100 dBm) станаа една од технологиите со широки изгледи за апликација во дистрибуираната технологија за мерење и сензори на оптички влакна. Јадрото на OFDR технологијата е да се користи извор на светлина за да се постигне подесување на оптичка фреквенција, така што перформансите на ласерскиот извор ги одредуваат клучните фактори, како што се опсегот на откривање на OFDR, чувствителност и резолуција. Кога растојанието од рефлексија е близу до должината на кохерентноста, интензитетот на сигналот за тепање ќе биде експоненцијално ослабен со коефициентот τ/τc. За гаузискиот извор на светлина со спектрална форма, со цел да се обезбеди дека фреквенцијата на ритам има повеќе од 90% видливост, врската помеѓу ширината на линијата на изворот на светлина и максималната должина на сензори што може да ја постигне системот е Lmax ~ 0,04VG/F, што значи дека за влакна со должина од 80 км, ширина на линијата на светлината е помалку од 100 Hz. Покрај тоа, развојот на други апликации, исто така, изнесе повисоки барања за линијата на линијата на изворот на светлина. На пример, во системот за хидрофон на оптички влакна, широчината на линијата на изворот на светлина го одредува системот на бучава и исто така го одредува минималниот мерлив сигнал на системот. Кај рефлектор на оптички временски домен на Брилуин (BOTDR), резолуцијата за мерење на температурата и стресот главно се одредува со ширина на линијата на изворот на светлина. Во резонаторниот оптички влакна оптички жиро, должината на кохерентноста на светлосниот бран може да се зголеми со намалување на ширината на линијата на изворот на светлина, а со тоа да се подобри финост и длабочина на резонанца на резонаторот, намалување на ширината на линијата на резонаторот и обезбедување на точност на мерењето на оптичкиот оптички влакна.
1.2 Барања за извори на ласер
Ласер со единечна бранова должина има флексибилни перформанси за подесување на бранова должина, може да замени повеќе ласери со фиксна бранова должина на излез, да ги намали трошоците за конструкција на системот, е неопходен дел од системот за сензори на оптички влакна. На пример, во сензори за влакна во трагови, различни видови на гасови имаат различни врвови за апсорпција на гас. За да се обезбеди ефикасност на апсорпција на светлина кога мерниот гас е доволен и да се постигне поголема чувствителност на мерење, неопходно е да се усогласи брановата должина на изворот на светло на преносот со врвот на апсорпцијата на молекулот на гасот. Видот на гас што може да се открие е во суштина одреден од брановата должина на изворот на светлина за сензори. Затоа, ласерите со тесна ширина на линијата со стабилни перформанси на подесување на широкопојасен интернет имаат поголема флексибилност на мерењето во ваквите системи за сензори. На пример, кај некои дистрибуирани системи за сензори на оптички влакна засновани на рефлексија на оптички фреквенција, ласерот треба брзо да се зафаќа периодично за да се постигне кохерентно откривање на прецизност и демоделацијата на оптички сигнали, така што обично се бара стапка на модулација на ласерскиот извор, а обично е потребна брзина на затегнување на прилагодливиот ласер на прилагодливиот ласер, обично се потребни за достигнување на 10 PM/μs. Покрај тоа, ласерот со тесна ширина на линијата на бранова должина, исто така, може да се користи и во LIDAR, ласерско далечинско сензори и спектрална анализа со висока резолуција и други полиња за сензори. 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 Ултра-стабилна излезна фреквенција и моќност.
1.3 Побарувачка за извор на светлина од бела ласер
Во областа на оптичкото сензори, висококвалитетниот ласер на бело светло е од големо значење за подобрување на перформансите на системот. Колку е пошироко покривањето на спектарот на ласер со бела светлина, толку е пообемна неговата примена во системот за сензори на оптички влакна. На пример, при употреба на решетки за влакна Bragg (FBG) за да се конструира мрежа на сензори, може да се користи спектрална анализа или метод за совпаѓање на филтерот за прилагодување може да се користи за демодулација. Првиот користеше спектрометар за директно тестирање на секоја резонантна бранова должина на FBG во мрежата. Вториот користи референтен филтер за следење и калибрирање на FBG во сензорите, и за двата им е потребен извор на светлина од широкопојасен интернет како извор на светло за тест за FBG. Бидејќи секоја мрежа за пристап на FBG ќе има одредена загуба на вметнување и има ширина на опсег од повеќе од 0,1 nm, истовремената демодулација на повеќе FBG бара извор на светлина со голема моќност и голема ширина на опсег. На пример, при употреба на решетки за долг период на влакна (LPFG) за сензори, бидејќи широчината на опсегот на еден врв на загуба е по редослед од 10 nm, потребен е широк извор на светлина со широк спектар со доволен опсег и релативно рамен спектар е потребен за точно да ги карактеризира неговите резонантни врвни карактеристики. Особено, решетката на акустичните влакна (AIFG) конструирана со користење на акусто-оптички ефект може да постигне опсег на подесување на резонантна бранова должина до 1000 nm со помош на електрично подесување. Затоа, динамичното тестирање на решетки со таков ултра широк опсег на подесување претставува голем предизвик за опсегот на ширина на опсег на извор на светлина со широк спектар. Слично на тоа, во последниве години, навалената решетка за влакна од Браг, исто така, широко се користи во полето на сензори на влакна. Поради своите карактеристики на спектарот на мулти-врвни загуби, опсегот на дистрибуција на бранова должина обично може да достигне 40 nm. Неговиот механизам за сензори е обично да се спореди релативното движење меѓу повеќе врвови на преносот, така што е неопходно целосно да се измери неговиот спектар на пренос. Широчината на опсегот и моќноста на широкиот извор на светлина на спектарот се бара да бидат повисоки.
2. Статус на истражување дома и во странство
2.1 Извор на ласерска светлина со тесна лента
2.1.1 Тесен ливче Полупроводник Дистрибуиран ласер за повратни информации
Во 2006 година, Клише и сор. ја намали скалата на полупроводници MHzDFB ласер(Дистрибуиран ласер за повратни информации) до скала KHz со употреба на метод за електрична повратна информација; Во 2011 година, Кеслер и сор. Користена ниска температура и висока стабилност единечна кристална празнина во комбинација со активна контрола на повратни информации за да се добие ултра-безобразен ласерски излез од 40 MHz; Во 2013 година, Пенг et al добија полупроводнички ласерски излез со ширина на линијата од 15 kHz со помош на методот на надворешно прилагодување на повратните информации од Фабри-Перот (FP). Методот на електрична повратна информација главно се користеше повратни информации за стабилизација на фреквенцијата на езерцето-фреквенција за да се намали ласерската лента на изворот на светлина. Во 2010 година, Бернхарди и сор. произведе 1 см алумина FBG со ербиум-допирана на подлога на силиконски оксид за да се добие ласерски излез со ширина на линија од околу 1,7 kHz. Во истата година, Лианг и сор. Користете повратна информација за само-инјекција на расејување на Rayleigh Rayleigh формирано од резонатор на wallидот со висока ехо за компресија на ширина на ширина на ласерска линија на полупроводници, како што е прикажано на Слика 1, и конечно добија тесен ласерски излез на ширина на ширина од 160 Hz.
Сл. 1 (а) Дијаграм на компресија на полупроводници на ласерска лента заснована врз само-инјектирање Рејлиг расејување на надворешно резонатор на режимот на шепотење на галеријата;
(б) спектар на фреквенција на слободното трчање полупроводнички ласер со ширина на линијата од 8 MHz;
(в) Спектар на фреквенција на ласерот со ширина на линијата компресиран до 160 Hz
2.1.2 Ласер за тесна ширина на линијата
За линеарните ласери на влакна од шуплина, ласерскиот излез на тесната лента на единечен надолжен режим се добива со скратување на должината на резонаторот и зголемување на интервалот на надолжен режим. Во 2004 година, Шпигелберг и сор. Добив единечен надолжен режим Тесен ласерски излез со ширина на линијата од 2 kHz со употреба на метод за кратка празнина на DBR. Во 2007 година, Шен и сор. Користеше силно силиконски влакна со силно ербиум, за да напише FBG на би-ге-ко-ко-допирано фотосензитивно влакно, и го спои со активно влакно за да формира компактна линеарна празнина, со што нејзината ласерска излезна линија е помала од 1 kHz. Во 2010 година, Јанг и сор. користеше кратка линеарна празнина на 2 см, комбинирана со тесен опсег FBG филтер за да се добие единечен ласерски излез на надолжен режим со ширина на линија помала од 2 kHz. Во 2014 г. Користена структура за кратка шуплина од 1,4 см за да се добие поларизирачки ласерски излез со излезна моќност поголема од 114 MW, централна бранова должина од 1540,3 nm и ширина на линија од 4,1 kHz. Во 2013 година, Менг и др. Користено распрснување на брилуин на влакно со ербиум-допие со кратка прстенеста празнина на уредот за зачувување на целосна пристрасност за да се добие единечен режим на еден Longitudinal, низок фазен ласерски излез со излезна моќност од 10 MW. Во 2015 година, тимот користеше прстен празнина составена од 45 см ербиум-допие, како што е распрскувачкото распрснување на Brillouin за да се добие низок праг и тесен ласерски излез.
Сл. 2 (а) шематски цртеж на ласер на влакна SLC;
(б) Lineshape на сигналот за хетеродина измерена со одложување на влакна од 97,6 км
Време на објавување: ноември-20-2023 година