téhnologi sumber laser pikeunserat optiksensing Bagian Kahiji
Téknologi sensing serat optik mangrupikeun jinis téknologi sensing anu dikembangkeun sareng téknologi serat optik sareng téknologi komunikasi serat optik, sareng éta parantos janten salah sahiji cabang téknologi fotoéléktrik anu paling aktip.Sistim sensing serat optik utamana diwangun ku laser, serat transmisi, unsur sensing atawa aréa modulasi, deteksi lampu jeung bagian séjén.Parameter ngajéntrékeun karakteristik gelombang cahaya kaasup inténsitas, panjang gelombang, fase, kaayaan polarisasi, jsb Parameter ieu bisa dirobah ku pangaruh éksternal dina pangiriman serat optik.Contona, nalika suhu, galur, tekanan, ayeuna, kapindahan, Geter, rotasi, bending jeung kuantitas kimia mangaruhan jalur optik, parameter ieu robah correspondingly.Sensasi serat optik dumasar kana hubungan antara parameter ieu sareng faktor éksternal pikeun ngadeteksi kuantitas fisik anu saluyu.
Aya seueur jinissumber laserdipaké dina sistem sensing serat optik, nu bisa dibagi jadi dua kategori: koherensumber laserjeung sumber cahaya incoherent, incoherentsumber cahayautamana kaasup lampu pijer jeung dioda-emitting cahaya, sarta sumber cahaya koheren kaasup laser padet, laser cair, lasers gas,laser semikonduktorjeungserat laser.Di handap ieu utamana keursumber cahaya laserloba dipaké dina widang serat sensing dina taun panganyarna: lebar garis sempit single-frékuénsi laser, single-panjang gelombang laser frékuénsi nyapu jeung laser bodas.
1.1 Sarat pikeun linewidth sempitsumber cahaya laser
Sistim sensing serat optik teu bisa dipisahkeun tina sumber laser, sakumaha gelombang cahaya pamawa sinyal diukur, kinerja sumber lampu laser sorangan, kayaning stabilitas kakuatan, linewidth laser, noise fase jeung parameter sejenna dina jarak deteksi sistem sensing serat optik, deteksi. akurasi, sensitipitas jeung noise ciri maénkeun peran decisive.Dina taun anyar, kalawan ngembangkeun jarak jauh ultra-high resolusi serat optik sensing sistem, akademisi jeung industri geus nempatkeun maju syarat leuwih stringent pikeun kinerja linewidth of laser miniaturization, utamana dina: optik frékuénsi réfléksi domain (OFDR) téhnologi ngagunakeun koheren. téhnologi deteksi pikeun nganalisis backrayleigh sinyal sumebar tina serat optik dina domain frékuénsi, kalawan cakupan lega (rébuan méter).Kaunggulan resolusi luhur (resolusi tingkat milimeter) jeung sensitipitas luhur (nepi ka -100 dBm) geus jadi salah sahiji téknologi kalawan prospek aplikasi lega dina ukuran serat optik disebarkeun sarta téhnologi sensing.Inti téhnologi OFDR nyaéta ngagunakeun sumber cahaya tunable pikeun ngahontal tuning frékuénsi optik, jadi kinerja sumber laser nangtukeun faktor konci kayaning rentang deteksi OFDR, sensitipitas jeung resolusi.Lamun jarak titik pantulan deukeut jeung panjang kohérénsi, inténsitas sinyal ngéléhkeun bakal éksponénsial attenuated ku koefisien τ/τc.Pikeun sumber cahaya Gaussian kalayan bentuk spéktral, pikeun mastikeun yén frékuénsi ketukan gaduh pisibilitas langkung ti 90%, hubungan antara lebar garis sumber cahaya sareng panjang sensing maksimum anu tiasa dicapai sistem nyaéta Lmax~0.04vg. /f, anu hartosna pikeun serat anu panjangna 80 km, lebar jalur sumber cahaya kirang ti 100 Hz.Salaku tambahan, pamekaran aplikasi anu sanés ogé nyayogikeun syarat anu langkung luhur pikeun lebar garis sumber cahaya.Contona, dina sistem hidrofon serat optik, lebar garis sumber cahaya nangtukeun noise sistem sarta ogé nangtukeun sinyal ukuran minimum sistem.Dina Brillouin optical time domain reflector (BOTDR), resolusi pangukuran suhu sareng setrés utamana ditangtukeun ku linewidth sumber cahaya.Dina gyro serat optik resonator, panjang kohérénsi gelombang cahaya bisa ngaronjat ku cara ngurangan rubak garis sumber cahaya, kukituna ngaronjatkeun fineness tur jero résonansi resonator nu, ngurangan rubak garis resonator, sarta mastikeun pangukuran. akurasi gyro serat optik.
1.2 Sarat pikeun sumber laser nyapu
Laser sapuan panjang gelombang tunggal gaduh kinerja tuning panjang gelombang anu fleksibel, tiasa ngagentos sababaraha kaluaran laser panjang gelombang tetep, ngirangan biaya konstruksi sistem, mangrupikeun bagian anu penting tina sistem sensing serat optik.Contona, dina ngabasmi serat gas sensing, rupa-rupa gas boga puncak nyerep gas béda.Pikeun mastikeun efisiensi nyerep cahaya nalika gas ukur cukup sareng ngahontal sensitipitas pangukuran anu langkung luhur, perlu nyaluyukeun panjang gelombang sumber cahaya transmisi sareng puncak nyerep molekul gas.Jinis gas anu tiasa dideteksi dina dasarna ditangtukeun ku panjang gelombang sumber cahaya sensing.Ku alatan éta, laser linewidth sempit jeung kinerja tuning broadband stabil boga kalenturan pangukuran luhur dina sistem sensing misalna.Contona, dina sababaraha sistem sensing serat optik disebarkeun dumasar kana réfléksi domain frékuénsi optik, laser nu perlu gancang périodik disapu pikeun ngahontal-precision tinggi deteksi koheren jeung demodulasi sinyal optik, jadi laju modulasi tina sumber laser boga syarat rélatif luhur. , sarta laju nyapu tina laser adjustable biasana diperlukeun pikeun ngahontal 10 pm / μs.Sajaba ti éta, panjang gelombang tunable laser linewidth sempit ogé bisa loba dipaké dina liDAR, laser sensing jauh jeung analisis spéktral resolusi luhur sarta widang sensing lianna.Dina raraga minuhan sarat tina parameter kinerja tinggi tuning rubakpita, akurasi tuning jeung speed tuning of single-panjang gelombang lasers dina widang serat sensing, tujuan sakabéh diajar tunable sempit-lebar serat lasers dina taun panganyarna nyaéta pikeun ngahontal tinggi- tuning precision dina rentang panjang gelombang nu leuwih gede dina dasar pursuing ultra-sempit laser linewidth, ultra-low fase noise, jeung frékuénsi kaluaran ultra-stabil jeung kakuatan.
1.3 Paménta pikeun sumber cahaya laser bodas
Dina widang sensing optik, kualitas luhur laser lampu bodas penting pisan pikeun ngaronjatkeun kinerja sistem.The lega sinyalna spéktrum laser lampu bodas, beuki éksténsif aplikasina dina sistem serat optik sensing.Salaku conto, nalika nganggo serat Bragg grating (FBG) pikeun ngawangun jaringan sénsor, analisis spéktral atanapi metode pencocokan saringan tunable tiasa dianggo pikeun demodulasi.Tilas nganggo spéktrométer pikeun langsung nguji unggal panjang gelombang résonansi FBG dina jaringan.Panungtungan ngagunakeun saringan rujukan pikeun ngalacak sareng ngakalibrasi FBG dina sensing, duanana butuh sumber cahaya pita lebar salaku sumber lampu uji pikeun FBG.Kusabab unggal jaringan aksés FBG bakal rugi sisipan tangtu, sarta ngabogaan rubakpita leuwih ti 0,1 nm, demodulasi simultaneous sababaraha FBG merlukeun sumber lampu broadband kalawan kakuatan tinggi na rubakpita tinggi.Contona, nalika ngagunakeun long period fiber grating (LPFG) pikeun sensing, saprak rubakpita puncak leungitna tunggal dina urutan 10 nm, sumber cahaya spéktrum lega kalayan rubakpita cukup jeung spéktrum rélatif datar diperlukeun pikeun akurat characterize resonant na. ciri puncak.Khususna, acoustic fiber grating (AIFG) anu diwangun ku ngagunakeun éfék acousto-optical tiasa ngahontal rentang tuning panjang gelombang résonansi dugi ka 1000 nm ku cara tuning listrik.Ku alatan éta, nguji grating dinamis kalayan rentang tuning ultra-lega ieu tangtangan gede pikeun rentang rubakpita sumber cahaya spéktrum lega.Nya kitu, dina taun anyar, tilted Bragg serat grating ogé geus loba dipaké dina widang serat sensing.Kusabab ciri spéktrum leungitna multi-puncak na, rentang distribusi panjang gelombang biasana tiasa ngahontal 40 nm.Mékanisme sensing biasana pikeun ngabandingkeun gerakan relatif diantara sababaraha puncak transmisi, jadi perlu pikeun ngukur spéktrum transmisi na sagemblengna.Bandwidth sareng kakuatan sumber cahaya spéktrum lega kedah langkung luhur.
2. Status panalungtikan di imah jeung di mancanagara
2.1 Sumber cahaya laser linewidth sempit
2.1.1 Sempit linewidth semikonduktor disebarkeun laser eupan balik
Dina 2006, Cliche et al.ngurangan skala MHz semikonduktorDFB laser(Laser eupan balik disebarkeun) kana skala kHz ngagunakeun métode eupan balik listrik;Dina 2011, Kessler et al.dipaké hawa lemah sareng stabilitas tinggi rongga kristal tunggal digabungkeun jeung kontrol eupan balik aktip pikeun ménta kaluaran laser linewidth ultra-sempit 40 MHz;Dina 2013, Peng dkk nampi kaluaran laser semikonduktor kalayan lebar garis 15 kHz ku ngagunakeun metode panyesuaian eupan balik Fabry-Perot (FP) éksternal.Metoda eupan balik listrik utamana dipaké Tambak-Drever-Hall eupan balik stabilisasi frékuénsi sangkan linewidth laser tina sumber lampu ngurangan.Dina 2010, Bernhardi et al.dihasilkeun 1 cm erbium-doped alumina FBG dina substrat silikon oksida pikeun ménta kaluaran laser kalayan rubak garis ngeunaan 1,7 kHz.Dina taun anu sarua, Liang et al.dipaké eupan balik suntik diri tina paburencay Rayleigh mundur dibentuk ku resonator témbok gema Q tinggi pikeun semikonduktor laser komprési garis-lebar, ditémbongkeun saperti dina Gambar 1, sarta tungtungna diala kaluaran laser sempit garis-lebar 160 Hz.
Gbr. 1 (a) Diagram of komprési linewidth laser semikonduktor dumasar kana timer suntik Rayleigh scattering of éksternal whispering galeri mode resonator;
(b) Spéktrum Frékuénsi laser semikonduktor jalan bébas kalayan lebar garis 8 MHz;
(c) Spéktrum frékuénsi laser kalayan linewidth dikomprés ka 160 Hz
2.1.2 Sempit linewidth serat laser
Pikeun laser serat rongga linier, kaluaran laser linewidth sempit tina mode longitudinal tunggal dimeunangkeun ku pondok panjang resonator jeung ngaronjatna interval mode longitudinal.Dina 2004, Spiegelberg et al.diala hiji mode longitudinal sempit linewidth laser kaluaran kalawan linewidth 2 kHz ku ngagunakeun métode rongga pondok DBR.Dina 2007, Shen et al.dipaké serat silikon 2 cm beurat erbium-doped nulis FBG dina serat photosensitive ko-doped Bi-Ge, sarta ngahiji jeung serat aktip pikeun ngabentuk rongga linier kompak, sahingga lebar garis kaluaran laser na kirang ti 1 kHz.Dina 2010, Yang et al.dipaké Rongga linier pondok 2cm kacida doped digabungkeun jeung narrowband FBG filter pikeun ménta hiji kaluaran laser mode longitudinal tunggal kalayan rubak garis kirang ti 2 kHz.Dina 2014, tim dipaké hiji Rongga linier pondok (virtual narilep ring resonator) digabungkeun jeung FBG-FP filter pikeun ménta kaluaran laser kalayan rubak garis narrower, ditémbongkeun saperti dina Gambar 3. Dina 2012, Cai et al.dipaké struktur rongga pondok 1,4cm pikeun ménta kaluaran laser polarisasi kalawan kakuatan kaluaran leuwih gede ti 114 mW, panjang gelombang sentral 1540,3 nm, sarta rubak garis 4,1 kHz.Dina 2013, Meng et al.dipaké Brillouin scattering serat erbium-doped kalawan rongga ring pondok tina alat preserving full-bias pikeun ménta mode single-longitudinal, low-fase kaluaran laser noise kalawan kakuatan kaluaran 10 mW.Dina 2015, tim ngagunakeun rongga cingcin diwangun ku 45 cm serat erbium-doped salaku medium gain scattering Brillouin pikeun ménta bangbarung lemah sareng kaluaran laser linewidth sempit.
Gbr. 2 (a) Gambar skéma tina laser serat SLC;
(b) Lineshape tina sinyal heterodyne diukur kalawan 97,6 km serat reureuh
waktos pos: Nov-20-2023