Laserbrontegnologie viroptiese veselSensing Deel een
Optiese veselwaarnemingstegnologie is 'n soort waarnemingstegnologie wat ontwikkel is saam met optiese veseltegnologie en optiese veselkommunikasie -tegnologie, en dit het een van die aktiefste takke van foto -elektriese tegnologie geword. Optiese veselwaarnemingstelsel bestaan hoofsaaklik uit laser, transmissievesel, waarnemingselement of modulasiegebied, ligopsporing en ander dele. Die parameters wat die kenmerke van die liggolf beskryf, is intensiteit, golflengte, fase, polarisasietoestand, ens. Hierdie parameters kan verander word deur eksterne invloede in die oordrag van optiese vesel. Byvoorbeeld, wanneer temperatuur, spanning, druk, stroom, verplasing, vibrasie, rotasie, buiging en chemiese hoeveelheid die optiese baan beïnvloed, verander hierdie parameters dienooreenkomstig. Optiese veselwaarneming is gebaseer op die verband tussen hierdie parameters en eksterne faktore om die ooreenstemmende fisiese hoeveelhede op te spoor.
Daar is baie soorteLaserbrongebruik in optiese veselwaarnemingstelsels, wat in twee kategorieë verdeel kan word: samehangendLaserbronneen onsamehangende ligbronne, onsamehangendligbronneSluit hoofsaaklik gloeilampe in ligte en liguitstralende diodes in, en samehangende ligbronne sluit in soliede lasers, vloeibare lasers, gaslasers,halfgeleier laserenvesellaser. Die volgende is hoofsaaklik vir dieLaser ligbronDie afgelope paar jaar word wyd gebruik in die veld van veselwaarneming: smal lynwydte enkelfrekwensie laser, enkelgolflengte veegfrekwensie laser en wit laser.
1.1 Vereistes vir nou lynwydteLaserligbronne
Optiese veselwaarnemingstelsel kan nie van die laserbron geskei word nie, aangesien die gemete seindraer -liggolf, laserligbron selfprestasie, soos kragstabiliteit, laserlynbreedte, fase -geraas en ander parameters in die opsporing van optiese veselwaarnemingstelsels, opsporing akkuraatheid, sensitiwiteit en geraaskenmerke 'n beslissende rol speel. In onlangse jare, met die ontwikkeling van 'n langafstand-ultra-hoë resolusie optiese veselwaarnemingstelsels, het die akademie en die nywerheid 'n strenger vereistes vir die lynwydte-prestasie van laser-miniaturisering aangebring, hoofsaaklik in: optiese frekwensie-domein-refleksie (OFDR) -tegnologie gebruik samehangende opsporingstegnologie om die agterste bedekkings te ontleed (duisend van optiese vesels in die frekwensie-domain, met 'n breë dekking (duisend, in die frekwensie van die frekwensie, met 'n breë dekking (duisend, in die frekwensie van die frekwensie, met 'n breë dekking (duisend, in die frekwensie van die frekwensie, met 'n breë dekking (duisend, in die frekwensie van die frekwensie, met 'n breë dekking (duisend. meter). Die voordele van 'n hoë resolusie (millimeter -resolusie) en hoë sensitiwiteit (tot -100 dBm) het een van die tegnologieë geword met 'n wye toepassingsvooruitsigte in verspreide optiese veselmeting en waarnemingstegnologie. Die kern van OFDR -tegnologie is om instelbare ligbron te gebruik om optiese frekwensie -instelling te bewerkstellig, sodat die werkverrigting van die laserbron die sleutelfaktore soos OFDR -opsporingsreeks, sensitiwiteit en resolusie bepaal. As die refleksiepuntafstand naby die samehanglengte is, sal die intensiteit van die klopsein eksponensieel verswak word deur die koëffisiënt τ/τc. Vir 'n Gaussiese ligbron met 'n spektrale vorm, om te verseker dat die maatfrekwensie meer as 90% sigbaarheid het, is die verhouding tussen die lynwydte van die ligbron en die maksimum waarnemingslengte wat die stelsel kan bereik, LMAX ~ 0,04Vg/F, wat beteken dat 'n vesel met 'n lengte van 80 km, die lynbreedte van die ligbron is minder as 100 Hz. Daarbenewens stel die ontwikkeling van ander toepassings ook hoër vereistes vir die lynwydte van die ligbron. Byvoorbeeld, in die optiese veselhidrofoonstelsel bepaal die lynwydte van die ligbron die stelselgeraas en bepaal dit ook die minimum meetbare sein van die stelsel. In Brillouin Optical Time Domain Reflector (BOTDR) word die meetresolusie van temperatuur en spanning hoofsaaklik bepaal deur die lynwydte van die ligbron. In 'n resonator veseloptiese gyro kan die samehanglengte van die liggolf verhoog word deur die lynwydte van die ligbron te verminder, waardeur die fynheid en resonansiediepte van die resonator verbeter word, die lynwydte van die resonator verminder en die meet akkuraatheid van die veseloptiese gyro verseker.
1.2 Vereistes vir laserbronne
Enkele golflengte -sweeplaser het buigsame golflengte -instelprestasie, kan verskeie uitset -vaste golflengte -lasers vervang, die koste van stelselkonstruksie verminder, is 'n onontbeerlike deel van die optiese veselwaarnemingstelsel. Byvoorbeeld, in spoorgasveselwaarneming, het verskillende soorte gasse verskillende gasabsorpsiepieke. Om die ligabsorpsiedoeltreffendheid te verseker wanneer die meetgas voldoende is en hoër meetgevoeligheid verkry, is dit nodig om die golflengte van die transmissie -ligbron in lyn te bring met die absorpsiepiek van die gasmolekule. Die tipe gas wat opgespoor kan word, word in wese bepaal deur die golflengte van die waarnemingsligbron. Daarom het smal lynwydte -lasers met stabiele breëbandstemprestasie hoër meting buigsaamheid in sulke waarnemingstelsels. Byvoorbeeld, in sommige verspreide optiese veselwaarnemingstelsels gebaseer op die weerkaatsing van die optiese frekwensie-domein, moet die laser vinnig periodiek gevee word om 'n hoë-presisie-samehangende opsporing en demodulasie van optiese seine te bereik, dus het die modulasietempo van die laserbron relatief hoë vereistes, en die sweepsnelheid van die verstelbare laser is gewoonlik nodig om 10 pm/μs te bereik. Daarbenewens kan die golflengte-instelbare smal lynwydte-laser ook wyd gebruik word in lidar, laser-afstandswaarneming en hoë-resolusie spektrale analise en ander waarnemingsvelde. 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-stabiele uitsetfrekwensie en krag.
1.3 Vraag na wit laserligbron
Op die gebied van optiese waarneming is wit liglas van hoë gehalte van groot belang om die werkverrigting van die stelsel te verbeter. Hoe groter die spektrumbedekking van wit liglaser, hoe meer uitgebreid die toepassing daarvan in die optiese veselwaarnemingstelsel. Byvoorbeeld, as u Fiber Bragg -traliewerk (FBG) gebruik om 'n sensornetwerk te konstrueer, kan spektrale analise of instelbare filteraanpassingsmetode gebruik word vir demodulasie. Eersgenoemde het 'n spektrometer gebruik om elke FBG -resonante golflengte in die netwerk direk te toets. Laasgenoemde gebruik 'n verwysingsfilter om die FBG in die waarneming op te spoor en te kalibreer, wat albei 'n breëbandligbron benodig as 'n toetsligbron vir die FBG. Aangesien elke FBG -toegangsnetwerk 'n sekere invoegverlies het en 'n bandwydte van meer as 0,1 nm het, benodig die gelyktydige demodulasie van veelvuldige FBG 'n breëbandligbron met 'n hoë krag en 'n hoë bandwydte. Byvoorbeeld, as u 'n lang periode veselrooster (LPFG) gebruik vir waarneming, aangesien die bandwydte van 'n enkele verliespiek in die orde van 10 nm is, is 'n breë spektrum ligbron met voldoende bandbreedte en relatief plat spektrum nodig om die resonante piek -eienskappe daarvan akkuraat te karakteriseer. In die besonder kan akoestiese veselrooster (AIFG) wat gebou is deur gebruik te maak van akoesto-optiese effek, 'n instellingsbereik van resonante golflengte tot 1000 nm bereik deur middel van elektriese instelling. Daarom is dinamiese tralietoetsing met so 'n ultra-wye instelreeks 'n groot uitdaging vir die bandwydte-reeks van 'n breëspektrum ligbron. Net so is die gekantelde Bragg -veselrooster in die afgelope jaar ook wyd gebruik op die gebied van veselwaarneming. As gevolg van sy multi-piek-verliesspektrumkenmerke, kan die golflengte-verspreidingsbereik gewoonlik 40 nm bereik. Die waarnemingsmeganisme is gewoonlik om die relatiewe beweging tussen veelvuldige transmissiepieke te vergelyk, dus is dit nodig om die transmissiespektrum volledig te meet. Die bandwydte en krag van die breë spektrum ligbron moet hoër wees.
2. Navorsingstatus tuis en in die buiteland
2.1 Smal lynwydte laserligbron
2.1.1 Smal lynwydte Halfgeleier verspreide terugvoer laser
In 2006 het Cliche et al. verminder die MHz -skaal van halfgeleierDFB Laser(verspreide terugvoerlaser) na KHz -skaal met behulp van elektriese terugvoermetode; In 2011 het Kessler et al. gebruik lae temperatuur en hoë stabiliteit enkel kristalholte gekombineer met aktiewe terugvoerbeheer om ultra-narrow-lynwydte laseruitset van 40 MHz te verkry; In 2013 het Peng et al 'n halfgeleier-laseruitset met 'n lynwydte van 15 kHz verkry deur die metode van eksterne Fabry-Perot (FP) terugvoeraanpassing te gebruik. Die elektriese terugvoermetode het hoofsaaklik die terugvoering van die dam-drever-Hall-frekwensie-stabilisering gebruik om die laserlynbreedte van die ligbron te verminder. In 2010 het Bernhardi et al. het 1 cm erbium-gedopte alumina FBG op 'n silikonoksied-substraat geproduseer om 'n laseruitset met 'n lynwydte van ongeveer 1,7 kHz te verkry. In dieselfde jaar het Liang et al. Gebruik die terugvoer van die selfinspuiting van die agtertoe Rayleigh-verstrooiing gevorm deur 'n hoë-Q-eggo-muurresonator vir die kompressie van halfgeleier-laserlynwydte, soos getoon in Figuur 1, en uiteindelik 'n smal lynwydte-laseruitset van 160 Hz verkry.
Fig. 1 (a) Diagram van halfgeleier laserlynwydte-kompressie gebaseer op die selfinspuiting Rayleigh-verstrooiing van die eksterne fluistergalerymodus resonator;
(b) frekwensiespektrum van die vrylopende halfgeleierlaser met lynwydte van 8 MHz;
(c) Frekwensiespektrum van die laser met lynwydte saamgepers tot 160 Hz
2.1.2 Smal lynwydte vesellaser
Vir lineêre holte -vesellasers word die smal lynwydte laseruitset van 'n enkele longitudinale modus verkry deur die lengte van die resonator te verkort en die longitudinale modus -interval te verhoog. In 2004 het Spiegelberg et al. het 'n enkele longitudinale modus smal lynwydte laseruitset met 'n lynwydte van 2 kHz verkry met behulp van die DBR -kortholte -metode. In 2007 het Shen et al. Gebruik 'n 2 cm swaar erbium-gedoteerde silikonvesel om FBG op 'n bi-Ge-mede-gedopte fotosensitiewe vesel te skryf, en dit met 'n aktiewe vesel versmelt om 'n kompakte lineêre holte te vorm, wat die laseruitsetlynwydte minder as 1 kHz maak. In 2010 het Yang et al. Gebruik 'n 2 cm hoogs gedoteerde kort lineêre holte gekombineer met 'n smalband FBG -filter om 'n enkele longitudinale modus -laseruitset met 'n lynwydte van minder as 2 kHz te verkry. In 2014 het die span 'n kort lineêre holte (virtuele gevoude ringresonator) gebruik, gekombineer met 'n FBG-FP-filter om 'n laseruitset met 'n nouer lynwydte te verkry, soos aangetoon in Figuur 3. In 2012, Cai et al. het 'n 1,4 cm kort holte -struktuur gebruik om 'n polariserende laseruitset te verkry met 'n uitsetkrag groter as 114 MW, 'n sentrale golflengte van 1540,3 nm en 'n lynwydte van 4,1 kHz. In 2013 het Meng et al. Gebruikte brillouin-verstrooiing van erbium-gedopte vesel met 'n kort ringholte van 'n volledige vooroordeel-bewaarapparaat om 'n enkel-langditudinale modus, lae-fase geraaslaser-uitset met 'n uitsetkrag van 10 MW te verkry. In 2015 het die span 'n ringholte gebruik wat bestaan uit 45 cm Erbium-gedoteerde vesel as die Brillouin-verspreidingswinsmedium om 'n lae drempel en smal lynwydte laseruitset te verkry.
Fig. 2 (a) Skematiese tekening van die SLC -vesellaser;
(b) Lynvorm van die heterodyne sein gemeet met 97,6 km veselvertraging
Postyd: Nov-20-2023