Технологияи манбаи лазерӣ бароинахи оптикйҳисси қисми якум
Технологияи ҳассосии нахи оптикӣ як навъ технологияи ҳассос аст, ки дар баробари технологияи нахи оптикӣ ва технологияи алоқаи нахи оптикӣ таҳия шудааст ва он ба яке аз бахшҳои фаъолтарини технологияи фотоэлектрикӣ табдил ёфтааст.Системаи ҳассосии нахи оптикӣ асосан аз лазер, нахи интиқол, унсури ҳассос ё минтақаи модуляция, муайянкунии нур ва дигар қисмҳо иборат аст.Параметрҳое, ки хусусиятҳои мавҷи рӯшноиро тавсиф мекунанд, шиддат, дарозии мавҷ, фаза, ҳолати поляризатсия ва ғайраро дар бар мегиранд. Ин параметрҳо метавонанд тавассути таъсири беруна дар интиқоли нахи оптикӣ тағир дода шаванд.Масалан, ваќте ки њарорат, шиддат, фишор, љараён, љойгирї, ларзиш, гардиш, каљ ва миќдори химиявї ба роњи оптикї таъсир мерасонад, ин параметрњо мутаносибан таѓйир меёбанд.Ҳисси нахи оптикӣ ба муносибати байни ин параметрҳо ва омилҳои беруна барои муайян кардани миқдори мувофиқи физикӣ асос ёфтааст.
Намудҳои зиёде мавҷудандманбаи лазердар системаҳои ҳассоси нахи оптикӣ истифода мешавад, ки онҳоро ба ду категория тақсим кардан мумкин аст: когерентӣманбаъҳои лазерӣва манбаъҳои нури номуайян, номуайянманбаъҳои нурасосан диодҳои лампаҳои рӯшноӣ ва рӯшноиро дар бар мегиранд ва ба манбаъҳои нури когерентӣ лазерҳои сахт, лазерҳои моеъ, лазерҳои газӣ,лазерии нимноқилванахи лазер.Дар зер асосан бароиманбаи нури лазерӣба таври васеъ дар соҳаи ҳассос нахи дар солҳои охир истифода бурда мешавад: паҳнои хати танг лазерӣ як-басомад, лазерӣ басомади як-мавҷи ҷорӯбзада ва лазерӣ сафед.
1.1 Талабот барои паҳнои хати тангманбаъҳои нури лазерӣ
Системаи ҳассосии нахи оптикиро аз манбаи лазерӣ ҷудо кардан мумкин нест, зеро мавҷи нури интиқолдиҳандаи сигнали ченшуда, иҷрои худи манбаи нури лазерӣ, ба монанди устувории барқ, паҳнои хати лазер, садои фаза ва дигар параметрҳо дар масофаи муайянкунии системаи ҳассосии нахи оптикӣ, муайянкунӣ дакик, хассосият ва хусусиятхои садо роли халкунанда мебозанд.Дар солҳои охир, бо таҳияи системаҳои ҳассосияти нахи оптикии дурдасти ултра баланд, академия ва саноат талаботҳои сахттарро барои иҷрои хатти миниатюризатсияи лазерӣ, асосан дар ин самт пешниҳод карданд: технологияи инъикоси домени басомади оптикӣ (OFDR) ҳамоҳангиро истифода мебарад. технологияи муайянкунӣ барои таҳлили сигналҳои парокандаи нахҳои оптикӣ дар домени басомад бо фарогирии васеъ (ҳазорҳо метр).Бартариҳои ҳассосияти баланд (ҳассосияти сатҳи миллиметр) ва ҳассосияти баланд (то -100 дБм) ба яке аз технологияҳои дорои дурнамои васеъи татбиқ дар технологияи тақсимоти нахи оптикӣ ва ҳассос табдил ёфтанд.Асоси технологияи OFDR аз истифодаи манбаи нури танзимшаванда барои ноил шудан ба танзими басомади оптикӣ иборат аст, аз ин рӯ иҷрои манбаи лазерӣ омилҳои калидӣ ба монанди диапазони муайянкунии OFDR, ҳассосият ва ҳалли онро муайян мекунад.Вақте ки масофаи нуқтаи инъикос ба дарозии когерентсия наздик аст, шиддатнокии сигнали зарба бо коэффисиенти τ/τc ба таври экспоненсиалӣ суст мешавад.Барои манбаи нури Гауссӣ бо шакли спектралӣ, бо мақсади таъмини он, ки басомади зарба беш аз 90% намоён бошад, муносибати байни паҳнои хати манбаи рӯшноӣ ва дарозии максималии ҳассос, ки система метавонад ба даст ояд Lmax ~ 0.04vg аст. /f, ки ин маънои онро дорад, ки барои нахи дарозии 80 км, паҳнои хати манбаи нур камтар аз 100 Гц аст.Илова бар ин, таҳияи барномаҳои дигар низ талаботҳои баландтарро барои паҳнои манбаи нур ба миён мегузорад.Масалан, дар системаи гидрофонии нахи оптикӣ, паҳнои хатти манбаи рӯшноӣ садои системаро муайян мекунад ва инчунин сигнали ҳадди ақали ченшавандаи системаро муайян мекунад.Дар инъикоскунандаи домени оптикии вақти Brillouin (BOTDR), ҳалли ченкунии ҳарорат ва стресс асосан бо паҳнои хатти манбаи рӯшноӣ муайян карда мешавад.Дар гироси нахи оптикии резонатор дарозии когерентии мавҷи рӯшноиро тавассути кам кардани паҳнои хати манбаи рӯшноӣ зиёд кардан мумкин аст ва ба ин васила ҷарима ва умқи резонанси резонаторро беҳтар мекунад, паҳнои хати резонаторро коҳиш медиҳад ва ченкуниро таъмин мекунад. дурустии гиро нахи оптикӣ.
1.2 Талабот ба манбаъҳои лазерии тозакунӣ
Лазери тозакунии мавҷҳои ягона дорои иҷрои чандири дарозии мавҷҳо мебошад, метавонад лазерҳои сершумори мавҷҳои собитро иваз кунад, арзиши сохтмони системаро кам кунад, як қисми ҷудонашавандаи системаи ҳассосии нахи оптикӣ мебошад.Масалан, ҳангоми ҳассосияти нахи газ, намудҳои гуногуни газҳо қуллаҳои азхудкунии газро доранд.Барои таъмини самаранокии азхудкунии нур ҳангоми кофӣ будани гази андозагирӣ ва ноил шудан ба ҳассосияти баландтари андозагирӣ, дарозии мавҷи манбаи нури интиқолро бо қуллаи азхудкунии молекулаи газ мувофиқ кардан лозим аст.Навъи газе, ки метавон ошкор кард, аслан аз рӯи дарозии мавҷи манбаи нури ҳассос муайян карда мешавад.Аз ин рӯ, лазерҳои фарохмаҷрои танг бо иҷрои устувори танзими фарохмаҷро дар чунин системаҳои ҳассос чандирии баландтари андозагирӣ доранд.Масалан, дар баъзе системаҳои тақсимшудаи ҳассосии нахи оптикӣ, ки дар асоси инъикоси домени басомади оптикӣ асос ёфтааст, лазерро барои ноил шудан ба дарёфти дақиқи баланди когерентӣ ва демодуляцияи сигналҳои оптикӣ зуд тоза кардан лозим аст, бинобар ин суръати модуляцияи манбаи лазерӣ талаботи нисбатан баланд дорад. , ва суръати тозакунии лазери танзимшаванда одатан барои расидан ба 10 pm/μs талаб карда мешавад.Илова бар ин, дарозии мавҷҳои танзимшавандаи хати танги лазерро инчунин дар liDAR, ташхиси дурдасти лазерӣ ва таҳлили спектралии баландсифат ва дигар соҳаҳои ҳассос истифода бурдан мумкин аст.Бо мақсади қонеъ гардонидани талаботи параметрҳои баландсифати фарохмаҷрои танзим, дақиқии танзим ва суръати танзими лазерҳои якмавҷӣ дар соҳаи ҳассосияти нах, ҳадафи умумии омӯзиши лазерҳои нахи танг-паҳнои танзимшаванда дар солҳои охир ноил шудан ба иқтидори баланди банд мебошад. Танзими дақиқ дар диапазони васеътари мавҷ дар асоси пайгирӣ кардани паҳнои хати лазерии ултра танг, садои фазаҳои ултра паст ва басомад ва қудрати ултра устувори баромад.
1.3 Талабот ба манбаи нури лазерии сафед
Дар соҳаи ҳассоси оптикӣ, лазерии нури сафеди баландсифат барои беҳтар кардани кори система аҳамияти бузург дорад.Ҳар қадар фарогирии спектри лазерии нури сафед васеътар бошад, ҳамон қадар татбиқи он дар системаи ҳассосии нахи оптикӣ васеътар мешавад.Масалан, ҳангоми истифодаи шабакаи нахи Брегг (FBG) барои сохтани шабакаи сенсорӣ, таҳлили спектралӣ ё усули мувофиқати филтрҳои танзимшавандаро метавон барои демодуляция истифода бурд.Аввалин як спектрометрро барои санҷиши мустақиман ҳар як дарозии мавҷи резонанси FBG дар шабака истифода бурд.Охирин барои пайгирӣ ва калибркунии FBG дар ҳассос филтри истинодро истифода мебарад, ки ҳардуи онҳо манбаи нури фарохмаҷро ҳамчун манбаи нури санҷишӣ барои FBG талаб мекунанд.Азбаски ҳар як шабакаи дастрасии FBG дорои талафоти муайяни воридшавӣ хоҳад дошт ва фарохмаҷрои беш аз 0,1 нм дорад, демодуляцияи ҳамзамон якчанд FBG манбаи нури фарохмаҷро бо қудрати баланд ва фарохмаҷрои баландро талаб мекунад.Масалан, ҳангоми истифодаи тобиши нахи дарозмуддат (LPFG) барои ҳассос, азбаски фарохмаҷрои қуллаи ягонаи талафот ба 10 нм баробар аст, барои дақиқ тавсиф кардани резонанти он манбаи васеи спектри рӯшноӣ бо маҷрои кофӣ ва спектри нисбатан ҳамвор лозим аст. хусусиятҳои баландтарин.Махсусан, торчаи нахи акустикӣ (AIFG), ки бо истифода аз эффекти акусто-оптикӣ сохта шудааст, метавонад тавассути танзими электрикӣ диапазони танзими дарозии мавҷи резонансиро то 1000 нм ба даст орад.Аз ин рӯ, санҷиши динамикӣ бо чунин диапазони танзими ултра-васеъ барои диапазони фарохмаҷрои манбаи нури спектри васеъ мушкилоти бузург ба миён меорад.Ба ҳамин монанд, дар солҳои охир, дар соҳаи ҳассосияти нахҳо, торчаи нахи кабуди Брегг низ васеъ истифода шудааст.Аз сабаби хусусиятҳои спектри талафоти бисёрқабата, диапазони паҳншавии дарозии мавҷ одатан метавонад ба 40 нм мерасад.Механизми ҳассосии он одатан муқоисаи ҳаракати нисбӣ дар байни қуллаҳои сершумори интиқол мебошад, бинобар ин, спектри интиқоли онро пурра чен кардан лозим аст.Баландӣ ва қудрати манбаи нури спектри васеъ талаб карда мешавад, ки баландтар бошад.
2. Вазъи тадқиқот дар дохил ва хориҷа
2.1 Сарчашмаи нури лазерии хати танг
2.1.1 Лазери бозгашти нимноқилҳои тақсимшудаи хатти танг
Дар соли 2006, Cliche et al.миқёси МГц нимноқилҳоро кам кардЛазери DFB(лазери тақсимшудаи фикру мулоҳиза) ба миқёси кГц бо истифода аз усули бозгашти барқ;Дар соли 2011, Kessler et al.истифодаи ҳарорати паст ва устувории баланди холигии кристаллӣ дар якҷоягӣ бо назорати фаъоли фикру мулоҳизаҳо барои ба даст овардани баромади лазерии ултра-тангеи хатти 40 МГс;Дар соли 2013, Пенг ва дигарон бо истифода аз усули танзими бозгашти берунии Fabry-Perot (FP) баромади лазерии нимноқилро бо паҳнои хатти 15 кГц ба даст оварданд.Усули фикру мулоҳизаҳои электрикӣ асосан аз бозгашти устувории басомади Pond-Drever-Hall истифода мешуд, то паҳнои хати лазерии манбаи рӯшноиро коҳиш диҳад.Дар соли 2010, Бернхарди ва дигарон.дар оксиди кремний ба андозаи 1 см гилхок ФБГ-и эрбию омехта истеҳсол карда, ҳосили лазериро бо паҳнои хат тақрибан 1,7 кГц ба даст овард.Дар худи хамон сол Лян ва дигарон.фикру мулоҳизаҳои худидоракунии парокандаи қафои Rayleigh-ро истифода бурд, ки аз ҷониби резонатори девори баланд-Q echo барои фишурдани паҳнои хати лазерии нимноқил ташкил карда шудааст, тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст ва дар ниҳоят баромади лазерии танги паҳнои хати 160 Гц ба даст овард.
Расми 1 (а) Диаграммаи фишурдани хатти нимноқилҳои лазерӣ дар асоси худсарии резонатори резонатори резонатори галереяи пичирроси берунии Релей;
$B) спектри басомади лазери нимноќили озод бо бари хатти 8 МГс;
(в) Спектри басомади лазер бо паҳнои хат то 160 Гц фишурда шудааст
2.1.2 Лазери нахи хатти танг
Барои лазерҳои нахи холигии хатӣ, баромади лазерии танги паҳнои як ҳолати тӯлонӣ тавассути кӯтоҳ кардани дарозии резонатор ва зиёд кардани фосилаи режими тӯлонӣ ба даст оварда мешавад.Дар соли 2004, Spiegelberg et al.бо истифода аз усули холигии кӯтоҳи DBR баромади лазерии танги хати дарозиро бо паҳнои 2 кГц ба даст овард.Дар соли 2007, Шен ва дигарон.барои навиштани FBG дар нахи фотоҳассоси Bi-Ge як нахи кремнийи сахти эрбиумро истифода бурд ва онро бо нахи фаъол омехта карда, як холигии хаттии паймонро ташкил дод ва паҳнои хати баромади лазерии онро камтар аз 1 кГц кард.Дар соли 2010, Янг ва дигарон.як холигии кӯтоҳи хаттии 2 см бо филтри танги FBG барои ба даст овардани як баромади лазерии режими тӯлонӣ бо паҳнои хат камтар аз 2 кГц истифода бурд.Дар соли 2014, даста як холигии кӯтоҳи хатиро (резонатори ҳалқаи маҷозӣ) дар якҷоягӣ бо филтри FBG-FP барои ба даст овардани баромади лазерӣ бо паҳнои хати тангтар истифода бурд, тавре ки дар расми 3 нишон дода шудааст. Дар соли 2012, Cai et al.сохтори холигии кӯтоҳи 1,4 см барои ба даст овардани баромади лазерии поляризатсия бо қувваи баромади бештар аз 114 мВт, дарозии мавҷи марказии 1540,3 нм ва паҳнои хати 4,1 кГц истифода бурд.Дар соли 2013, Менг ва дигарон.Парокандашавии нахи эрбиумро бо холигии ҳалқаи кӯтоҳи дастгоҳи нигоҳдории пурраи ғафс истифода бурда, барои ба даст овардани режими якқабата, баромади лазерии садои камфаза бо иқтидори баромади 10 мВт истифода шудааст.Дар соли 2015, гурӯҳ як холигии ҳалқаи иборат аз 45 см нахи эрбиумро ҳамчун миёнаравии паҳншавии Brillouin барои ба даст овардани ҳадди паст ва баромади лазерии танг истифода бурд.
Расми 2 (а) Наќшаи схемавии лазерии нахи SLC;
(б) Шакли хатти сигнали гетеродин бо таъхири нахи 97,6 км чен карда мешавад
Вақти фиристодан: Ноябр-20-2023