Yksitaajuisen puolijohdelaserin käyttö valoaaltojen interferenssin tarkkaan mittaamiseen

SoveltaminenYksitaajuinen puolijohdelaservaloaallon interferenssin tarkassa mittauksessa
Yhden taajuuden soveltaminenpuolijohdelaserTarkkuusmittausten aloilla, kuten kuituoptisissa hydrofoneissa ja maanpinnan kuunteluinterferometreissä, käsitellään ja laserin suorituskyvyn keskeistä vaikutusta interferometrijärjestelmien suorituskykyyn analysoidaan perusteellisesti.

Järjestelmän ydinrakenne ja toimintaperiaate: Kuituoptinen hydrofonijärjestelmä koostuu pääasiassa anturipäästä ja interferometristä (esimerkkinä MZ-interferometri). Perusperiaatteena on, että äänisignaali (äänenpaine Δp) vaikuttaa anturipäähän aiheuttaen muutoksia onton sylinterin ympärille kiedotun anturikuidun pituuteen ja taitekertoimeen, mikä johtaa muutoksiin optisessa reitissä. Tämä pieni optisen reitin muutos (eli vaihemuutos) havaitaan interferometrin herkästi.

1. Anturipää: Sen ydintoiminto on muuntaa äänivärähtelyt interferometrin optisen reitin muutoksiksi. Herkkyyskerroin s liittyy tekijöihin, kuten kuidun pituuteen L, ja pidemmät tunnistuskuidut ovat hyödyllisiä järjestelmän herkkyyden parantamiseksi.
2. Interferometri: Se on "paras ase" pienten vaihemuutosten havaitsemiseen. Lähtövalon intensiteetillä on kosinisuhde vaihe-eron kanssa. Vakauttamalla staattinen vaihepoikkeama φ ₀ ortogonaalisessa toimintapisteessä ((m+1/2) π), järjestelmä voi saavuttaa korkeimman havaitsemisherkkyyden.
3. Järjestelmän suorituskykyyn vaikuttavat keskeiset valonlähdeparametrit: Artikkelissa keskitytään analysoimaan laserin suorituskyvyn rajoituksia korkean vaiheresoluution saavuttamisessa (tavoitteena ≤ 1 μrad).
4. LaserTaajuuskohina ja viivanleveys: Laserin taajuuskohina voi aiheuttaa interferenssivaihekohinaa, mikä vähentää interferenssijuovien näkyvyyttä. Jotta interferometrillä, jonka optinen reittiero on noin 1 metri, saavutettaisiin 1 μrad:n vaiheresoluutio, laserin viivanleveyden on oltava alle noin 30 Hz. Tämä on erittäin korkea vaatimus laserin taajuusvakaudelle.valonlähde.
5. Laser-intensiteettikohina: Laserin suhteellinen intensiteettikohina (RIN) muunnetaan suoraan interferenssisignaalin vaihevirheeksi. Jotta saavutettaisiin 1 μrad:n vaiheresoluutio tyypillisellä ilmaisuvalon teholla (~100 μW), laserin RIN on laskettava alle -120 dB:iin. Tämä on erittäin korkea vaatimus valonlähteen intensiteetin vakaudelle.

Yhteenvetona voidaan todeta, että analysoimalla kuituoptista hydrofonijärjestelmää, tarkennetaan ydinvalonlähteelle – yksitaajuiselle puolijohdelaserille – asetetut tiukat vaatimukset erittäin kapean viivanleveyden (korkeataajuusvakaus) ja erittäin alhaisen kohinan suhteen interferenssiperiaatteeseen perustuvassa tarkkuusmittauksessa, ja esitetään laserin taajuuden stabilointiin liittyvät haasteet laajamittaisissa järjestelmäsovelluksissa.