Laserlähdetekniikka optisten kuitujen tunnistukseen, osa kaksi

Laserlähdetekniikka optisten kuitujen tunnistukseen, osa kaksi

2.2 Yhden aallonpituuden pyyhkäisylaserlähde

Laser-yksiaallonpituuden pyyhkäisyn toteutus on olennaisesti laitteen fysikaalisten ominaisuuksien ohjaamistalaserontelossa (yleensä toimintakaistanleveyden keskiaallonpituus), jotta ontelossa olevaa värähtelevää pitkittäismoodia voidaan ohjata ja valita, jotta voidaan saavuttaa lähtöaallonpituuden viritystarkoitus. Tämän periaatteen mukaisesti jo 1980-luvulla viritettävien kuitulasereiden toteutus saavutettiin pääasiassa korvaamalla laserin heijastava päätypinta heijastavalla diffraktiohilalla ja valitsemalla laserontelomoodi kiertämällä ja virittämällä diffraktiohilaa manuaalisesti. Vuonna 2011 Zhu et al. käyttivät viritettäviä suodattimia saavuttaakseen yhden aallonpituuden viritettävän laserlähdön kapealla viivanleveydellä. Vuonna 2016 Rayleigh'n viivanleveyden pakkausmekanismia sovellettiin kahden aallonpituuden pakkaukseen, eli kuitulaseriin kohdistettiin rasitusta kahden aallonpituuden laservirityksen saavuttamiseksi ja lähtölaserin viivanleveyttä seurattiin samanaikaisesti, jolloin saatiin 3 nm:n aallonpituuden viritysalue. Kahden aallonpituuden vakaa lähtö, jonka viivanleveys on noin 700 Hz. Vuonna 2017 Zhu et al. käytti grafeenia ja mikro-nanokuitu-Bragg-hilaa täysin optisen viritettävän suodattimen valmistukseen ja yhdessä Brillouin-laserkaventamistekniikan kanssa hyödynsi grafeenin fototermistä vaikutusta lähellä 1550 nm:n aallonpituutta saavuttaakseen jopa 750 Hz:n laserviivanleveyden ja fotokontrolloidun nopean ja tarkan 700 MHz/ms:n skannauksen 3,67 nm:n aallonpituusalueella. Kuten kuvassa 5 on esitetty, edellä mainittu aallonpituuden säätömenetelmä toteuttaa lasermoodin valinnan periaatteessa muuttamalla suoraan tai epäsuorasti laitteen päästökaistan keskiaallonpituutta laserontelossa.

Kuva 5 (a) Optisesti ohjattavan aallonpituusmittarin kokeellinen järjestelyviritettävä kuitulaserja mittausjärjestelmä;

(b) Lähtöspektrit lähdössä 2 ohjauspumpun parannuksella

2.3 Valkoinen laservalonlähde

Valkoisen valonlähteen kehitys on kokenut useita vaiheita, kuten halogeenilampun, deuteriumlampun,puolijohdelaserja superjatkuva valonlähde. Erityisesti superjatkuva valonlähde tuottaa femtosekunti- tai pikosekuntipulssien virityksen aikana supertransienttiteholla eriasteisia epälineaarisia vaikutuksia aaltojohtimessa, ja spektri laajenee huomattavasti, jolloin se voi kattaa kaistan näkyvästä valosta lähi-infrapunaan ja sillä on vahva koherenssi. Lisäksi säätämällä erikoiskuidun dispersiota ja epälineaarisuutta sen spektriä voidaan laajentaa jopa keski-infrapunakaistalle. Tämän tyyppistä laserlähdettä on sovellettu laajasti monilla aloilla, kuten optisessa koherenssitomografiassa, kaasunilmaisimessa, biologisessa kuvantamisessa ja niin edelleen. Valonlähteen ja epälineaarisen väliaineen rajoitusten vuoksi varhainen superjatkuva spektri tuotettiin pääasiassa kiinteän olomuodon laserilla pumppaamalla optista lasia superjatkuvan spektrin tuottamiseksi näkyvällä alueella. Sittemmin optisesta kuidusta on vähitellen tullut erinomainen väline laajakaistaisen superjatkuvan spektrin tuottamiseen suuren epälineaarisen kertoimensa ja pienen läpäisymoodikentänsä ansiosta. Tärkeimpiä epälineaarisia vaikutuksia ovat neliaaltosekoittuminen, modulaation epävakaus, itsevaihemodulaatio, ristivaihemodulaatio, solitonin jakautuminen, Raman-sironta ja solitonin itsetaajuussiirtymä, ja kunkin vaikutuksen osuus vaihtelee myös virityspulssin pulssinleveyden ja kuidun dispersion mukaan. Yleisesti ottaen superjatkuvan valonlähteen pääasiallinen tarkoitus on parantaa laserin tehoa ja laajentaa spektrialuetta, ja sen koherenssin hallintaan kiinnitetään huomiota.

3 Yhteenveto

Tässä artikkelissa esitetään yhteenveto ja katsaus kuitutunnistusteknologian tukena käytettäviin laserlähteisiin, mukaan lukien kapeaviivainen laser, yksitaajuinen viritettävä laser ja laajakaistainen valkoinen laser. Näiden lasereiden sovellusvaatimukset ja kehitystilanne kuitutunnistuksen alalla esitellään yksityiskohtaisesti. Analysoimalla niiden vaatimuksia ja kehitystilaa päädytään siihen, että ihanteellinen laserlähde kuitutunnistukseen voi saavuttaa erittäin kapean ja erittäin vakaan lasertehon millä tahansa kaistalla ja milloin tahansa. Siksi aloitamme kapeaviivaisesta laserista, viritettävästä kapeaviivaisesta laserista ja laajan vahvistuskaistanleveyden omaavasta valkoisesta laserista ja etsimme tehokasta tapaa toteuttaa ihanteellinen laserlähde kuitutunnistukseen analysoimalla niiden kehitystä.