Laserlähdeteknologiaoptinen kuituTunnista osa yksi
Optisen kuidun tunnistustekniikka on eräänlainen tunnistustekniikka, joka on kehitetty optisen kuitutekniikan ja optisen kuituviestintätekniikan kanssa, ja siitä on tullut yksi fotoelektrisen tekniikan aktiivisimmista haaroista. Optisen kuidun anturijärjestelmä koostuu pääasiassa laserista, lähetyskuidusta, tunnistuselementistä tai modulaatioalueesta, valon havaitsemisesta ja muista osista. Valoaallon ominaisuuksia kuvaavat parametrit sisältävät intensiteetin, aallonpituuden, vaiheen, polarisaatiotilan jne. Näitä parametrejä voidaan muuttaa ulkoisilla vaikutteilla optisessa kuidunsiirrossa. Esimerkiksi, kun lämpötila, venymä, paine, virta, siirtymä, tärinä, kierto, taivutus ja kemiallinen määrä vaikuttavat optiseen polkuun, nämä parametrit muuttuvat vastaavasti. Optisen kuidun tunnistus perustuu näiden parametrien ja ulkoisten tekijöiden väliseen suhteeseen vastaavien fysikaalisten määrien havaitsemiseksi.
On monia tyyppejälaserlähdeKäytetään optisissa kuidun tunnistusjärjestelmissä, jotka voidaan jakaa kahteen luokkaan: koherenttilaserlähteetja epäjohdonmukaiset valonlähteet, epäjohdonmukaisetvalonlähteetPääasiassa hehkulamppuja ja valoa säteileviä diodeja ja johdonmukaisia valonlähteitä ovat kiinteät laserit, nestemäiset laserit, kaasulaserit,puolijohdelaserjakuitulaser. Seuraava on pääasiassalaservalonlähdeLaajasti käytetty kuitutunnistimen alalla viime vuosina: kapea viivan leveys yksitaajuuslaser, yhden aallonpituuden pyyhkäisytaajuuslaser ja valkoinen laser.
1.1 Kapean linjan leveyden vaatimuksetlaservalolähteet
Optisen kuidun anturijärjestelmää ei voida erottaa laserlähteestä, koska mitattu signaalin kantaja -aalto, laservalon lähteen suorituskyky, kuten virranvakaus, laserviivan leveys, vaihekohina ja muut parametrit optisen kuidun anturijärjestelmän havaitsemisetäisyydellä, havaitsemistarkkuus, herkkyys ja kohinaominaisuudet ovat ratkaiseva rooli. Viime vuosina pitkän matkan erittäin korkean resoluution optisen kuidun tunnistusjärjestelmien kehittämisen myötä akatemia ja teollisuus ovat esittäneet tiukempia vaatimuksia laserminiaturaation linjaveto suorituskykyyn, pääasiassa: Optisen taajuusalueen heijastuksen (OFDR) -teknologian käyttäminen koherenttien havaitsemistekniikan analysointiin backrayleigh-hajautettujen signaalien kanssa. Korkean resoluution (millimetrin tason resoluution) ja korkean herkkyyden (jopa -100 dBm) edut ovat tulleet yhdeksi tekniikoista, joilla on laaja sovellusnäkymät hajautetussa optisen kuidun mittaus- ja tunnistustekniikassa. OFDR -tekniikan ydin on käyttää viritettävää valonlähdettä optisen taajuuden virittämisen saavuttamiseksi, joten laserlähteen suorituskyky määrittää keskeiset tekijät, kuten OFD: n havaitsemisalue, herkkyys ja resoluutio. Kun heijastuspisteen etäisyys on lähellä koherenssin pituutta, lyönnin signaalin voimakkuus heikenee eksponentiaalisesti kerroin τ/τc. Gaussin valonlähteelle, jolla on spektrimuoto, varmistaakseen, että rytmitaajuudella on yli 90%: n näkyvyys, valonlähteen viivan leveyden ja suurimman havaitsemisen pituuden välinen suhde on LMAX ~ 0,04 VG/F, mikä tarkoittaa, että kuidulla, jonka pituus on 80 km, valonlähteen viivan leveys on vähemmän kuin 100 Hz. Lisäksi muiden sovellusten kehittäminen esitti myös korkeammat vaatimukset valonlähteen linja -aluksen leveydelle. Esimerkiksi optisen kuidun hydrofonijärjestelmässä valonlähteen linjaleveys määrittää järjestelmän kohinan ja määrittää myös järjestelmän minimin mitattavan signaalin. Brillouinin optisen ajan heijastimessa (BOTDR) lämpötilan ja stressin mittausresoluutio määritetään pääasiassa valonlähteen viivaleveydellä. Resonaattorikuituoptisessa gyroissa valoaallon koheesiopituus voidaan lisätä vähentämällä valonlähteen viivan leveyttä parantamalla siten resonaattorin hienoutta ja resonanssisyvyyttä vähentämällä resonaattorin linjan leveyttä ja varmistaen kuituoptisen gyron mittauksen tarkkuuden.
1.2 Laserlähteiden pyyhkäisyvaatimukset
Yhden aallonpituuden pyyhkäisylaserilla on joustava aallonpituuden viritys suorituskyky, se voi korvata useita lähtöjä kiinteitä aallonpituuslasereita, vähentää järjestelmän rakentamisen kustannuksia, on välttämätön osa optisen kuidun tunnistusjärjestelmää. Esimerkiksi hivenainkuidun tunnistamisessa erityyppisillä kaasuilla on erilaiset kaasun imeytymispiikit. Valon imeytymistehokkuuden varmistamiseksi, kun mittauskaasu on riittävä ja saavuttaa suuremman mittausherkkyyden, on tarpeen kohdistaa siirtovalon lähteen aallonpituus kaasumolekyylin absorptiopiikkiin. Havaitava kaasutyyppi määritetään olennaisesti anturivalonlähteen aallonpituudella. Siksi kapeat viivaleveyslaserit, joilla on vakaa laajakaistan viritys suorituskyky, on suurempi mittausjoustavuus tällaisissa tunnistusjärjestelmissä. Esimerkiksi joissakin hajautetuissa optisissa kuidun tunnistusjärjestelmissä, jotka perustuvat optiseen taajuusalueen heijastukseen, laser on nopeasti pyyhitään ajoittain optisten signaalien korkean tarkkuuden koherentin havaitsemisen ja demoduloinnin saavuttamiseksi, joten laserlähteen modulaatioasteella on suhteellisen korkeat vaatimukset, ja säädettävän laserin pyyhkäisynopeus vaaditaan yleensä 10 pm/μs: n saavuttamiseksi. Lisäksi aallonpituus viritettävä kapea viivaleveyslaser voidaan käyttää myös laajasti LIDAR-, laser-kaukokartoitus- ja korkearesoluutioisissa spektrianalyyseissä ja muissa tunnistuskentissä. Kaistanleveyden virittämisen, yhden aallonpituuden laserien virittämisen tarkkuuden ja viritysnopeuden korkean suorituskyvyn parametrien täyttämiseksi kuidun havaitsemisen kentän yleisen tavoitteena viime vuosien viritettävien kapeiden leveyskuitulaserien tutkinnan yleinen tavoite on saavuttaa korkean tarkkuuden virittäminen suuremmalla aallonpituusalueella Ultra-Selaarin linja-asuntosalien ja ultrakesäteisen vaihtelussa, ja ultrakesäteisen vaihtelussa. taajuus ja voima.
1.3 Valkoisen laservalon lähteen kysyntä
Optisen tunnistuksen alalla korkealaatuisella valkoisella valon laserilla on suuri merkitys järjestelmän suorituskyvyn parantamiseksi. Mitä leveämpi valkoisen valon laserin spektrin peito on, sitä laajempi se on sovellus optisen kuidun anturijärjestelmässä. Esimerkiksi, kun käytetään Fiber Bragg Gitil (FBG) anturiverkon rakentamiseen, voidaan käyttää spektrianalyysiä tai viritettävää suodattimen sovitusmenetelmää. Entinen käytti spektrometriä jokaisen FBG -resonanssien aallonpituuden testaamiseen suoraan verkossa. Jälkimmäinen käyttää referenssisuodatinta FBG: n seuraamiseen ja kalibrointiin anturiin, jotka molemmat vaativat laajakaistavalonlähteen FBG: n testikilpailuna. Koska jokaisella FBG Access -verkossa on tietty lisäyshäviö ja kaistanleveys on yli 0,1 nm, useiden FBG: n samanaikainen demodulointi vaatii laajakaistaisen valonlähteen, jolla on korkeateho ja korkea kaistanleveys. Esimerkiksi, kun käytetään pitkän ajan kuidun ritilää (LPFG) tunnistamiseen, koska yhden häviöhuipun kaistanleveys on luokkaa 10 nm, laaja spektrin valonlähde, jolla on riittävä kaistanleveys ja suhteellisen tasainen spektri, tarvitaan sen resonanssien huippuominaisuuksien karakterisoimiseksi tarkasti. Erityisesti akustinen kuituhalvaus (AIFG), joka on rakennettu hyödyntämällä akusto-optista vaikutusta, voi saavuttaa resonanssien aallonpituuden viritysalue jopa 1000 nm: iin sähköisen virittämisen avulla. Siksi dynaaminen ritilätestaus sellaisella erittäin laajalla viritysalueella on suuri haaste laajavalovalonlähteen kaistanleveysalueelle. Samoin viime vuosina kallistettua Bragg -kuitujen ritilää on käytetty myös laajasti kuidun tunnistuksen alalla. Monikipun menetysspektrin ominaisuuksien vuoksi aallonpituuden jakautumisalue voi yleensä saavuttaa 40 nm. Sen havainnointimekanismi on yleensä verrata suhteellista liikettä useiden lähetyspiikkien keskuudessa, joten sen lähetysspektri on tarpeen mitata kokonaan. Laajan spektrin valonlähteen kaistanleveyden ja teho on oltava korkeampaa.
2. tutkimustila kotona ja ulkomailla
2.1 Kapea viivaleveyslaservalonlähde
2.1.1 Kapea viivaleveyden puolijohde Hajautettu palautelaser
Vuonna 2006 Cliche et ai. vähensi puolijohteen MHz -asteikkoaDFB -laser(Hajautettu palautekaser) KHZ -asteikkoon käyttämällä sähköistä palautetta; Vuonna 2011 Kessler et ai. käytetty matala lämpötila ja korkea stabiilisuus yksikiteisen onkalon yhdistettynä aktiiviseen palautteen ohjaukseen ultrakarnan linjan leveyden laserlähtöjen saamiseksi 40 MHz; Vuonna 2013 Peng et ai saivat puolijohdelaserlähdön 15 kHz: n linjaleveydellä käyttämällä ulkoisen Fabry-Perot (FP) -palautteen säätämistä. Sähköinen palautemenetelmä käytti pääasiassa lampi-drever-Hall-taajuuden stabilointiapalautetta valonlähteen laserlinjaleveyden vähentämiseksi. Vuonna 2010 Bernhardi et ai. tuotti 1 cm Erbium-seostettua alumiinioksidia FBG: tä piisoksidisubstraatilla laserlähtöjen saamiseksi viivaleveydellä noin 1,7 kHz. Samana vuonna Liang et ai. Käytti taaksepäin suuntautuvaa palautetta taaksepäin suuntautuvasta Rayleigh-sironnasta, joka muodostuu korkea-Q: n kaiku-seinän resonaattorista puolijohdelaserviivan leveyden pakkaukseen, kuten kuviossa 1 esitetään, ja lopulta sai kapean viivan leveyden laserlähtöä 160 Hz: n.
Kuva 1 (a) Puolijohdelaser Laser Line Leveys Kaavio, joka perustuu ulkoisen kuiskaavan galleriatilan resonaattorin omainjektioon;
(b) vapaan juoksevan puolijohdelaserin taajuusspektri 8 MHz: n linjaleveydellä;
(c) Laserin taajuusspektri linjaleveydellä pakattuna arvoon 160 Hz
2.1.2 Kapea viivaleveyskuitulaser
Lineaarisen onkalokuitulaserien kohdalla yhden pitkittäismoodin kapea viivaleveyslaserlähtö saadaan lyhentämällä resonaattorin pituutta ja lisäämällä pitkittäismoodin aikaväliä. Vuonna 2004 Spiegelberg et ai. sai yhden pitkittäismuodon kapean viivanleveyden laserlähdön 2 kHz: n linjaleveydellä käyttämällä DBR: n lyhyttä onkalon menetelmää. Vuonna 2007 Shen et ai. Käytettiin 2 cm voimakkaasti erbium-seostettua piihuitua FBG: n kirjoittamiseen BI-GE-seostettuun valoherkkään kuituun ja sulautti sen aktiivisella kuidulla kompakti lineaarisen ontelon muodostamiseksi, jolloin sen laserlähtöviivan leveys on alle 1 kHz. Vuonna 2010 Yang et ai. Käytettiin 2 cm: n erittäin seostettua lyhyttä lineaarista onteloa yhdistettynä kapeakaistaisella FBG -suodattimella yhden pitkittäismuodon laserlähtöön saamiseksi alle 2 kHz: n viivaleveydellä. Vuonna 2014 joukkue käytti lyhyttä lineaarista onteloa (virtuaalinen taitettu rengasresonaattori) yhdistettynä FBG-FP-suodattimeen saadaksesi laserlähdön kapeammalla viivan leveydellä, kuten kuvassa 3. Vuonna 2012 Cai et ai. Käytti 1,4 cm: n lyhyttä onkalon rakennetta polarisoivan laserlähtöön saamiseksi, jonka lähtöteho on yli 114 MW, keskusaallonpituus 1540,3 nm ja viivan leveys 4,1 kHz. Vuonna 2013 Meng et ai. Käytetty Erbium-seostetun kuidun Brillouin-sironta koko bias-säilöntälaitteen lyhyellä rengasontelolla yhden pitkäaikaisen tilan, matalan vaiheen kohinan laserlästölähdön saamiseksi, lähtöteholla 10 MW. Vuonna 2015 joukkue käytti rengasonteloa, joka koostui 45 cm: n erbium-seostetusta kuidusta Brillouinin sirontavahvistuksen väliaineeksi, jotta saadaan pieni kynnys ja kapea viivaleveyslaserlähtö.
Kuva 2 (a) SLC -kuitulaserin kaavamainen piirustus;
(b) Heterodyne -signaalin linja, mitattuna 97,6 km: n kuidun viiveellä
Viestin aika: marraskuu-20-2023