Лазерная тэхналогія крыніцы дляаптычнае валакноадчуванне першай часткі
Тэхналогія аптычнага валакна - гэта своеасаблівая тэхналогія зандзіравання, распрацаваная разам з тэхналогіяй аптычнага валокнаў і тэхналогіяй сувязі з аптычнымі валокнамі, і яна стала адной з самых актыўных галінак фотаэлектрычнай тэхналогіі. Сістэма аптычнага валакна ў асноўным складаецца з лазера, валакна для перадачы, зандзіравання або вобласці мадуляцыі, выяўлення святла і іншых частак. Параметры, якія апісваюць характарыстыкі светлай хвалі, ўключаюць інтэнсіўнасць, даўжыню хвалі, фазу, стан палярызацыі і г.д. Гэтыя параметры могуць быць зменены знешнімі ўплывамі ў перадачы аптычнага валакна. Напрыклад, пры тэмпературы, дэфармацыі, ціску, току, зрушэнні, вібрацыі, кручэнні, выгібу і хімічнай колькасці ўплываюць на аптычны шлях, гэтыя параметры адпаведна мяняюцца. Аптычнае зандзіраванне валакна заснавана на сувязі паміж гэтымі параметрамі і знешнімі фактарамі для выяўлення адпаведных фізічных велічынь.
Ёсць шмат тыпаўЛазерная крыніцавыкарыстоўваецца ў аптычных сістэмах зандзіравання валакна, якія можна падзяліць на дзве катэгорыі: узгодненыяЛазерныя крыніцыі няўзгодненыя крыніцы святла, няўзгодненыяКрыніцы святлаУ асноўным ўключаюць у сябе святлодку і святлоадбівальныя дыёды, а ўзгодненыя крыніцы святла ўключаюць цвёрдыя лазеры, вадкія лазеры, газавыя лазеры,паўправадніковы лазерівалакна лазер. Далей у асноўным дляЛазерная крыніца святлаУ апошнія гады шырока выкарыстоўваецца ў галіне зандзіравання валакна: вузкая лінейная шырыня адначастотнай лазера, аднаразовая частата прамежкавай частоты і белы лазер.
1.1 Патрабаванні да вузкай лінііЛазерныя крыніцы святла
Сістэма аптычных валокнаў не можа быць аддзелена ад лазернай крыніцы, паколькі вымераная сігнал светлавой хвалі, самастойна прадукцыйнасць крыніцы лазернага святла, такія як стабільнасць электраэнергіі, лазерная лінейнасць, фазавы шум і іншыя параметры на адлегласці выяўлення сістэмы аптычнага валокнаў, дакладнасць выяўлення, адчувальнасць і характарыстыкі шуму гуляюць вырашальную ролю. In recent years, with the development of long-distance ultra-high resolution optical fiber sensing systems, academia and industry have put forward more stringent requirements for the linewidth performance of laser miniaturization, mainly in: optical frequency domain reflection (OFDR) technology uses coherent detection technology to analyze the backrayleigh scattered signals of optical fibers in the frequency domain, with a wide coverage (thousands of метры). Перавагі высокага дазволу (дазвол на міліметр) і высокая адчувальнасць (да -100 дБм) сталі адной з тэхналогій з шырокімі перспектывамі прымянення ў размеркаванай тэхналогіі аптычнага валакна і зандзіравання. Ядро тэхналогіі OFDR заключаецца ў выкарыстанні наладжанай крыніцы святла для дасягнення аптычнай налады частоты, таму прадукцыйнасць лазернай крыніцы вызначае ключавыя фактары, такія як дыяпазон выяўлення OFDR, адчувальнасць і дазвол. Калі адлегласць кропкі адлюстравання набліжаецца да даўжыні ўзгодненасці, інтэнсіўнасць сігналу біцця будзе экспанентна паслаблена каэфіцыентам τ/τc. Для крыніцы святла Гаўса з спектральнай формай, каб пераканацца, што частата біцця мае больш за 90% бачнасці, сувязь паміж шырынёй лініі крыніцы святла і максімальнай даўжынёй зандзіравання, якую сістэма можа дасягнуць, складае LMAX ~ 0,04VG/F, што азначае, што для валакна з даўжынёй 80 км шырыня лініі крыніцы святла складае менш за 100 ГЗ. Акрамя таго, распрацоўка іншых прыкладанняў таксама вылучае больш высокія патрабаванні да лініі крыніцы святла. Напрыклад, у сістэме гідрафонаў аптычнага валакна лінейнасць крыніцы святла вызначае сістэмны шум, а таксама вызначае мінімальны вымяральны сігнал сістэмы. У адбівальніку аптычнага часу Brillouin (BOTDR) дазвол тэмпературы і напружання ў асноўным вызначаецца лінейкай крыніцы святла. У рэзанатарным валаконным аптычным гірале даўжыня кагерэнтнасці светлавой хвалі можа быць павялічана за кошт памяншэння шырыні лініі крыніцы святла, тым самым паляпшаючы тонкасць і рэзанансную глыбіню рэзанатара, памяншаючы шырыню лініі рэзанатара і забяспечваючы дакладнасць вымярэння валаконна -аптычнай гіра.
1.2 Патрабаванні да лазерных крыніц разгортвання
Лазерная лазерная даўжыня хвалі мае гнуткую прадукцыйнасць налады даўжыні хвалі, можа замяніць некалькі выходных лазераў з фіксаванай даўжынёй хвалі, знізіць кошт будаўніцтва сістэмы, з'яўляецца неабходнай часткай сістэмы аптычнага зандзіравання валакна. Напрыклад, у зандзіраванні слядоў газавых валокнаў розныя віды газаў маюць розныя пікі паглынання газу. Для таго, каб забяспечыць эфектыўнасць паглынання святла, калі вымярэнне газу дастаткова і дасягнуць больш высокай адчувальнасці да вымярэння, неабходна выраўнаваць даўжыню хвалі крыніцы святла перадачы з пікам паглынання газавай малекулы. Тып газу, які можна выявіць, па сутнасці вызначаецца даўжынёй хвалі крыніцы святла зандзіравання. Такім чынам, вузкія лазеры лінейкі са стабільнай прадукцыйнасцю налады шырокапалоснага доступу маюць больш высокую гнуткасць вымярэнняў у такіх сістэмах зандзіравання. Напрыклад, у некаторых размеркаваных сістэмах зандзіравання аптычных валокнаў на аснове адлюстравання аптычнай частоты, лазер трэба хутка перыядычна перамясціцца, каб дасягнуць высокадакладных выяўленых выяўлення і дэмадуляцыі аптычных сігналаў, таму хуткасць мадуляцыі лазернага крыніцы мае адносна высокія патрабаванні, а хуткасць рэгулявання лазера, як правіла, патрабуецца для дасягнення 10 вечара. Акрамя таго, наладжвальны лазер з вузкай даўжыні хвалі таксама можа быць шырока выкарыстаны ў Lidar, лазерным дыстанцыйным зандзіраванні і спектральным аналізе з высокім дазволам і іншымі зандзіравальнымі палямі. In order to meet the requirements of high performance parameters of tuning bandwidth, tuning accuracy and tuning speed of single-wavelength lasers in the field of fiber sensing, the overall goal of studying tunable narrow-width fiber lasers in recent years is to achieve high-precision tuning in a larger wavelength range on the basis of pursuing ultra-narrow laser linewidth, ultra-low phase noise, and Ультра-стабільная выходная частата і магутнасць.
1.3 Попыт на белы лазерны крыніца святла
У галіне аптычнага зандзіравання, якасны белы светлы лазер мае вялікае значэнне для павышэння прадукцыйнасці сістэмы. Чым шырэйшае асвятленне спектру белага святла лазера, тым больш шырокае яго прымяненне ў сістэме аптычнага валокнаў. Напрыклад, пры выкарыстанні валакна Bragg Grating (FBG) для пабудовы сеткі датчыкаў, для дэмадуляцыі можа быць выкарыстаны спектральны аналіз або наладжвальны метад супадзення фільтра. Першы выкарыстаў спектраметр для непасрэднага праверкі кожнай рэзананснай даўжыні хвалі FBG у сетцы. Апошні выкарыстоўвае эталонны фільтр для адсочвання і каліброўкі FBG ў зандзіраванні, абодва з якіх патрабуюць шырокапалоснага крыніцы святла ў якасці крыніцы выпрабавальнага святла для FBG. Паколькі кожная сетка доступу FBG будзе мець пэўную страту ўстаўкі і мае прапускную здольнасць больш за 0,1 нм, адначасовая дэмадуляцыя некалькіх FBG патрабуе шырокапалоснага крыніцы святла з высокай магутнасцю і высокай прапускной здольнасцю. Напрыклад, пры выкарыстанні рашоткі з валакна на працяглым перыядзе (LPFG) для зандзіравання, паколькі прапускная здольнасць адзінай піка страты знаходзіцца ў парадку 10 нм, для дакладнай характарыстыкі рэзанансных пікавых характарыстык неабходна дакладна характарызаваць яго рэзанансную пікавую крыніцу. У прыватнасці, акустычная рашотка валакна (AIFG), пабудаваная з выкарыстаннем акуста-аптычнага эфекту, можа дасягнуць дыяпазону налады рэзананснай даўжыні хвалі да 1000 нм пры дапамозе электрычнай налады. Такім чынам, дынамічнае тэставанне на рашоткі з такім ультра шырокім дыяпазонам налады стварае вялікую праблему для дыяпазону прапускной здольнасці шырокага спектру крыніцы святла. Сапраўды гэтак жа, у апошнія гады нахіленая рашотка з валакна Bragg таксама шырока выкарыстоўваецца ў галіне зандзіравання валакна. З-за характарыстык спектру страт з некалькімі пікамі, дыяпазон размеркавання даўжыні хвалі звычайна можа дасягаць 40 нм. Звычайна яго механізму зандзіравання заключаецца ў параўнанні адноснага руху паміж пікамі некалькіх перадач, таму неабходна цалкам вымераць яго спектр перадачы. Прапускная здольнасць і магутнасць крыніцы святла шырокага спектру павінны быць вышэй.
2. Статус даследавання дома і за мяжой
2.1 Вузкая крыніца святла LineWidth
2.1.1 Вузкая лінейная паўправадніковая раздача зваротнай сувязі
У 2006 годзе Cliche et al. паменшыла шкалу MHZ паўправадніковагаDFB лазер(Размеркаваны лазер зваротнай сувязі) да шкалы KHZ з выкарыстаннем метаду электрычнай зваротнай сувязі; У 2011 годзе Kessler et al. Выкарыстоўваецца нізкая тэмпература і высокая ўстойлівасць, аднапакаёвая паражніна ў спалучэнні з актыўным кантролем зваротнай сувязі, каб атрымаць ультра-нумарны лазерны выход лінейкі 40 МГц; У 2013 годзе Пэн і інш атрымалі паўправадніковы лазерны выхад з лінейнай здольнасцю 15 кГц, выкарыстоўваючы метад рэгулявання зваротнай сувязі з вонкавым Fabry-Perot (FP). Метад электрычнай зваротнай сувязі ў асноўным выкарыстоўваў зваротную сувязь з частатой сажалкі, каб зрабіць лазерную лінію крыніцы святла. У 2010 годзе Bernhardi і соавт. Выпрацоўваецца 1 см алюмінія, легіраванага Эрбіем, на падкладцы аксіду крэмнію, каб атрымаць лазерны выхад з шырынёй лініі каля 1,7 кГц. У тым жа годзе Liang і соавт. Выкарыстоўваецца зваротная сувязь самастойнага ўпырску ад зваротнага рассейвання Рэлея, утворанага рэзанатарам сценкі высокага Q для паўправадніковага сціску лазернай лініі, як паказана на малюнку 1, і, нарэшце, атрымала вузкую лазерную выходную шырыню 160 Гц.
Мал. 1 (а) Дыяграма сціску паўправадніковай лазернай лінейкі на аснове самастойнага ўпырску, рассейвання рэзанатара вонкавага шэпча-галерэі;
(б) частотны спектр свабоднага запушчанага паўправадніковага лазера з лінвіднай здольнасцю 8 МГц;
(c) Частатавы спектр лазера з лінейнай здольнасцю, сціснутая да 160 Гц
2.1.2 вузкі лазер з валакном лінейкі
Для лазераў валакна лінейнага паражніны, вузкі лазерны выхад лінейкі адзінкавага падоўжнага рэжыму атрымліваецца шляхам скарачэння даўжыні рэзанатара і павелічэння падоўжнага інтэрвалу рэжыму. У 2004 годзе Spiegelberg et al. Атрыманы адзіны падоўжны рэжым вузкага вываду лазернай ліній з лінізацыяй 2 кГц, выкарыстоўваючы метад кароткай паражніны DBR. У 2007 годзе Шэнь і інш. Для запісу FBG на двухбаковым легаваным валакна выкарыстоўваецца 2 см, легаванага эрбіем, і злівалі яго актыўным валакном, утвараючы кампактную лінейную паражніну, робячы шырыню лазернай выходнай лініі менш за 1 кГц. У 2010 годзе Ян і інш. Выкарыстоўваецца высока легіраваная кароткай лінейнай паражнінай у 2 см у спалучэнні з вузкапалосным фільтрам FBG, каб атрымаць адзіны лазерны выхад падоўжнага рэжыму з шырынёй лініі менш за 2 кГц. У 2014 годзе каманда выкарыстала кароткую лінейную паражніну (віртуальны складзены рэзанатар кольца) у спалучэнні з фільтрам FBG-FP для атрымання лазернага выхаду з вузкай шырынёй лініі, як паказана на малюнку 3. У 2012 годзе Cai et al. Для атрымання палярызацыйнага лазернага выхаду з выходнай магутнасцю больш за 114 МВт, якая перавышае 114 МВт, выкарыстоўваецца 1,4 см, цэнтральная даўжыня хвалі 1540,3 нм і шырыня лініі 4,1 кГц. У 2013 годзе Meng et al. Выкарыстоўваецца рассейванне Brillouin з лекавым валакном з кароткім кольцавым паражнінай прылады, які захоўвае поўнае зрушэнне, каб атрымаць аднаразовы рэжым, нізкафазны лазерны выход з выходнай магутнасцю 10 МВт. У 2015 годзе каманда выкарыстала паражніну кольца, якая складаецца з валакна, дастаўленай эрбіем, у якасці асяроддзя, які выключаецца з рассейвання Brillouin, каб атрымаць нізкі парог і вузкую лазерную секунду.
Мал. 2 (а) схематычны малюнак лазернага лазера SLC;
(б) Лінхапе гетэрадынавага сігналу, вымяраецца з затрымкай валакна 97,6 км
Час паведамлення: 20-2023