Laser bron tegnologie viroptiese veseldeel een aanvoel
Optiese vesel sensing tegnologie is 'n soort sensing tegnologie ontwikkel saam met optiese vesel tegnologie en optiese vesel kommunikasie tegnologie, en dit het een van die mees aktiewe takke van foto-elektriese tegnologie geword.Optiese veselwaarnemingstelsel bestaan hoofsaaklik uit laser, transmissievesel, waarnemingselement of modulasiearea, ligopsporing en ander dele.Die parameters wat die kenmerke van liggolf beskryf, sluit in intensiteit, golflengte, fase, polarisasietoestand, ens. Hierdie parameters kan verander word deur eksterne invloede in optiese veseltransmissie.Byvoorbeeld, wanneer temperatuur, spanning, druk, stroom, verplasing, vibrasie, rotasie, buiging en chemiese hoeveelheid die optiese pad 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 soortelaser brongebruik in optiese vesel waarnemingstelsels, wat in twee kategorieë verdeel kan word: koherentlaser bronneen onsamehangende ligbronne, onsamehangendligbronnesluit hoofsaaklik gloeilamp- en ligdiodes in, en koherente ligbronne sluit soliede lasers, vloeibare lasers, gaslasers in,halfgeleier laserenvesel laser.Die volgende is hoofsaaklik vir dielaser lig bronwyd gebruik in die veld van veselwaarneming in onlangse jare: smal lynwydte enkelfrekwensie laser, enkel-golflengte sweep frekwensie laser en wit laser.
1.1 Vereistes vir smal lynwydtelaser ligbronne
Optiese vesel sensing stelsel kan nie geskei word van die laser bron, as die gemete sein draer lig golf, laser lig bron self prestasie, soos krag stabiliteit, laser lynwydte, fase geraas en ander parameters op die optiese vesel sensing stelsel opsporing afstand, opsporing akkuraatheid, sensitiwiteit en geraaskenmerke speel 'n deurslaggewende rol.In onlangse jare, met die ontwikkeling van langafstand ultrahoë resolusie optiese vesel waarnemingstelsels, het die akademie en die industrie strenger vereistes vir die lynwydte prestasie van laserminiaturisering gestel, hoofsaaklik in: optiese frekwensie domein refleksie (OFDR) tegnologie gebruik koherente opsporing tegnologie om die backrayleigh verstrooide seine van optiese vesels in die frekwensie domein te ontleed, met 'n wye dekking (duisende meters).Die voordele van hoë resolusie (millimetervlak resolusie) en hoë sensitiwiteit (tot -100 dBm) het een van die tegnologieë geword met wye toepassingsvooruitsigte in verspreide optiese veselmeting en waarnemingstegnologie.Die kern van OFDR-tegnologie is om verstelbare ligbron te gebruik om optiese frekwensie-instelling te bewerkstellig, so die werkverrigting van die laserbron bepaal die sleutelfaktore soos OFDR-opsporingsreeks, sensitiwiteit en resolusie.Wanneer die refleksiepuntafstand naby die koherensielengte is, sal die intensiteit van die maatslagsein eksponensieel verswak word deur die koëffisiënt τ/τc.Vir 'n Gaussiese ligbron met 'n spektrale vorm, om te verseker dat die klopfrekwensie meer as 90% sigbaarheid het, is die verhouding tussen die lynwydte van die ligbron en die maksimum waarneemlengte wat die stelsel kan bereik Lmax~0.04vg /f, wat beteken dat vir 'n vesel met 'n lengte van 80 km, die lynwydte van die ligbron minder as 100 Hz is.Daarbenewens het die ontwikkeling van ander toepassings ook hoër vereistes vir die lynwydte van die ligbron gestel.Byvoorbeeld, in die optiese vesel hidrofoonstelsel, bepaal die lynwydte van die ligbron die stelselgeraas en bepaal ook die minimum meetbare sein van die stelsel.In Brillouin optiese tyddomeinreflektor (BOTDR) word die meetresolusie van temperatuur en spanning hoofsaaklik bepaal deur die lynwydte van die ligbron.In 'n resonator optiese vesel gyro, kan die koherensie lengte van die liggolf verhoog word deur die lynwydte van die ligbron te verminder, en sodoende die fynheid en resonansie diepte van die resonator te verbeter, die lynwydte van die resonator te verminder en die meting te verseker akkuraatheid van die optiese vesel gyro.
1.2 Vereistes vir sweep laserbronne
Enkelgolflengte-sweeplaser het buigsame golflengte-instellingsprestasie, kan veelvuldige uitset-vaste golflengtelasers vervang, die koste van stelselkonstruksie verminder, is 'n onontbeerlike deel van optiese vesel-waarnemingstelsel.Byvoorbeeld, in spoorgasveselwaarneming het verskillende soorte gasse verskillende gasabsorpsiepieke.Om die ligabsorpsiedoeltreffendheid te verseker wanneer die meetgas voldoende is en hoër meetsensitiwiteit te bereik, is dit nodig om die golflengte van die transmissieligbron 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 waarnemende ligbron.Daarom het smal lynwydte lasers met stabiele breëband-instellingsprestasie hoër meetbuigsaamheid in sulke waarnemingstelsels.Byvoorbeeld, in sommige verspreide optiese veselwaarnemingstelsels gebaseer op optiese frekwensiedomeinrefleksie, moet die laser periodiek vinnig gevee word om hoë-presisie koherente opsporing en demodulasie van optiese seine te bereik, sodat die modulasietempo van die laserbron relatief hoë vereistes het. , en die sweepspoed van die verstelbare laser word gewoonlik vereis om 10 pm/μs te bereik.Daarbenewens kan die golflengte verstelbare smal lynwydte laser ook wyd gebruik word in liDAR, laser afstandwaarneming en hoë-resolusie spektrale analise en ander waarnemingsvelde.Ten einde te voldoen aan die vereistes van hoë werkverrigting parameters van instelbandwydte, instel akkuraatheid en instelspoed van enkelgolflengte lasers op die gebied van veselwaarneming, is die algehele doelwit van die bestudering van verstelbare smalwydte vesellasers die afgelope jare om hoë- presisie-instelling in 'n groter golflengtereeks op grond van die strewe na ultra-smal laserlynwydte, ultra-lae fasegeraas en ultra-stabiele uitsetfrekwensie en -krag.
1.3 Vraag na wit laserligbron
Op die gebied van optiese waarneming is witliglaser van hoë gehalte van groot belang om die werkverrigting van die stelsel te verbeter.Hoe wyer die spektrumdekking van witliglaser is, hoe meer omvattend is die toepassing daarvan in optiese veselwaarnemingstelsel.Byvoorbeeld, wanneer vesel Bragg-rooster (FBG) gebruik word om 'n sensornetwerk te bou, kan spektrale analise of verstelbare filterpassingsmetode vir demodulasie gebruik word.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.Omdat elke FBG-toegangsnetwerk 'n sekere invoegingsverlies sal hê, en 'n bandwydte van meer as 0.1 nm het, vereis die gelyktydige demodulasie van veelvuldige FBG 'n breëbandligbron met hoë krag en hoë bandwydte.Byvoorbeeld, wanneer langperiode veselrooster (LPFG) vir waarneming gebruik word, aangesien die bandwydte van 'n enkele verliespiek in die orde van 10 nm is, word 'n breëspektrum ligbron met voldoende bandwydte en relatief plat spektrum benodig om sy resonansie akkuraat te karakteriseer piek eienskappe.In die besonder, akoestiese veselrooster (AIFG) wat gekonstrueer is deur gebruik te maak van akoesto-optiese effek kan 'n afstemreeks van resonante golflengte tot 1000 nm bereik deur middel van elektriese afstemming.Daarom stel dinamiese roostertoetsing met so 'n ultrawye instelreeks 'n groot uitdaging vir die bandwydtereeks van 'n wyespektrumligbron.Net so, in onlangse jare, is gekantelde Bragg-veselrooster ook wyd gebruik in die veld van veselwaarneming.As gevolg van sy multi-piek verlies spektrum eienskappe, kan die golflengte verspreiding bereik gewoonlik 40 nm bereik.Sy waarnemingsmeganisme is gewoonlik om die relatiewe beweging tussen veelvuldige transmissiepieke te vergelyk, dus is dit nodig om sy transmissiespektrum volledig te meet.Die bandwydte en krag van die wye spektrum ligbron moet hoër wees.
2. Navorsingstatus by die huis en in die buiteland
2.1 Laserligbron met smal lynwydte
2.1.1 Halfgeleier-verspreide terugvoerlaser met smal lynwydte
In 2006 het Cliche et al.het die MHz-skaal van halfgeleier verminderDFB laser(verspreide terugvoer laser) na kHz skaal deur gebruik te maak van elektriese terugvoer metode;In 2011 het Kessler et al.gebruik lae temperatuur en hoë stabiliteit enkelkristal holte gekombineer met aktiewe terugvoer beheer om ultra smal lynwydte laser uitset van 40 MHz te verkry;In 2013 het Peng et al 'n halfgeleierlaseruitset met 'n lynwydte van 15 kHz verkry deur die metode van eksterne Fabry-Perot (FP) terugvoeraanpassing te gebruik.Die elektriese terugvoermetode het hoofsaaklik die Pond-Drever-Hall frekwensiestabiliseringsterugvoer gebruik om die laserlynwydte van die ligbron te laat verminder.In 2010 het Bernhardi et al.het 1 cm erbium-gedoteerde 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.het die self-inspuiting terugvoer van agteruit Rayleigh verstrooiing gevorm deur 'n hoë-Q eggo muur resonator vir halfgeleier laser lynwydte kompressie gebruik, soos getoon in Figuur 1, en uiteindelik 'n smal lynwydte laser uitset van 160 Hz verkry.
Fig. 1 (a) Diagram van halfgeleier laser lynwydte kompressie gebaseer op die self-inspuiting Rayleigh verstrooiing van eksterne fluister gallery modus 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 Vesellaser met smal lynwydte
Vir lineêre holte vesellasers word die smal lynwydte laseruitset van enkel longitudinale modus verkry deur die lengte van die resonator te verkort en die longitudinale modus interval te verhoog.In 2004 het Spiegelberg et al.verkry 'n enkele longitudinale modus smal lynwydte laseruitset met 'n lynwydte van 2 kHz deur gebruik te maak van DBR kort holte metode.In 2007 het Shen et al.het 'n 2 cm swaar erbium-gedoteerde silikonvesel gebruik om FBG op 'n Bi-Ge mede-gedoteerde fotosensitiewe vesel te skryf, en dit met 'n aktiewe vesel saamgesmelt om 'n kompakte lineêre holte te vorm, wat die laseruitsetlynwydte minder as 1 kHz maak.In 2010 het Yang et al.het 'n 2cm hoogs gedoteerde kort lineêre holte gekombineer met 'n smalband FBG-filter gebruik 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) gekombineer met 'n FBG-FP-filter gebruik om 'n laseruitset met 'n nouer lynwydte te verkry, soos getoon in Figuur 3. In 2012 het Cai et al.'n 1.4cm kort holtestruktuur gebruik om 'n polariserende laseruitset met 'n uitsetkrag groter as 114 mW, 'n sentrale golflengte van 1540.3 nm en 'n lynwydte van 4.1 kHz te verkry.In 2013 het Meng et al.gebruik Brillouin-verstrooiing van erbium-gedoteerde vesel met 'n kort ringholte van 'n volvoorspanning-bewaartoestel om 'n enkel-langsmodus, lae-fase geraas-laseruitset met 'n uitsetkrag van 10 mW te verkry.In 2015 het die span 'n ringholte saamgestel uit 45 cm erbium-gedoteerde vesel as die Brillouin-verstrooiingsversterkingsmedium gebruik om 'n lae drempel en smal lynwydte laseruitset te verkry.
Fig. 2 (a) Skematiese tekening van die SLC-vesellaser;
(b) Lynvorm van die heterodiene sein gemeet met 97.6 km veselvertraging
Pos tyd: Nov-20-2023