Lasera fontteknologio poroptika fibrosentado Parto Unu
Optika fibra sensteknologio estas speco de sensteknologio evoluigita kune kun optika fibra teknologio kaj optika fibra komunikadoteknologio, kaj ĝi fariĝis unu el la plej aktivaj branĉoj de fotoelektra teknologio. Optika fibra senssistemo konsistas ĉefe el lasero, transmisia fibro, senselemento aŭ modulada areo, lumdetekto kaj aliaj partoj. La parametroj priskribantaj la karakterizaĵojn de lumondo inkluzivas intensecon, ondolongon, fazon, polarigan staton, ktp. Ĉi tiuj parametroj povas esti ŝanĝitaj de eksteraj influoj en optika fibra transmisio. Ekzemple, kiam temperaturo, streĉo, premo, kurento, delokiĝo, vibrado, rotacio, fleksiĝo kaj kemia kvanto influas la optikan vojon, ĉi tiuj parametroj ŝanĝiĝas koresponde. Optika fibra sensado baziĝas sur la rilato inter ĉi tiuj parametroj kaj eksteraj faktoroj por detekti la respondajn fizikajn kvantojn.
Ekzistas multaj specoj delasera fontouzata en optikfibraj sensaj sistemoj, kiuj povas esti dividitaj en du kategoriojn: koherajlaserfontojkaj nekoheraj lumfontoj, nekoherajlumfontojĉefe inkluzivas inkandeskajn lumojn kaj lum-elsendantajn diodojn, kaj koheraj lumfontoj inkluzivas solidajn laserojn, likvajn laserojn, gasajn laserojn,duonkondukta laserokajfibra laseroLa sekvanta estas ĉefe por lalasera lumfontovaste uzataj en la kampo de fibrosensado en la lastaj jaroj: mallarĝa linilarĝa unu-frekvenca lasero, unu-ondolonga balaofrekvenca lasero kaj blanka lasero.
1.1 Postuloj por mallarĝa linilarĝolaserlumfontoj
Optika fibra sensa sistemo ne povas esti apartigita de la lasera fonto, ĉar la mezurata signalportanta lum-ondo, la agado de la lasera lumfonto mem, kiel ekzemple potenc-stabileco, lasera linilarĝo, faza bruo kaj aliaj parametroj rilate al la detektodistanco, detektoprecizeco, sentemeco kaj bruokarakterizaĵoj de la optika fibra sensa sistemo, ludas decidan rolon. En la lastaj jaroj, kun la disvolviĝo de longdistancaj ultra-alt-rezoluciaj optikaj fibraj sensaj sistemoj, la akademio kaj la industrio prezentis pli striktajn postulojn por la linilarĝa agado de lasera miniaturigo, ĉefe rilate al: optika frekvencdomajna reflekta teknologio (OFDR) uzas koheran detektan teknologion por analizi la retroradiajn disajn signalojn de optikaj fibroj en la frekvenca domajno, kun larĝa kovro (miloj da metroj). La avantaĝoj de alta rezolucio (milimetra nivelo) kaj alta sentemeco (ĝis -100 dBm) fariĝis unu el la teknologioj kun larĝaj aplikaj perspektivoj en distribuita optika fibra mezurado kaj sensa teknologio. La kerno de OFDR-teknologio estas uzi agordeblan lumfonton por atingi optikan frekvencagordon, do la agado de la laserfonto determinas ŝlosilajn faktorojn kiel OFDR-detekta gamo, sentemeco kaj rezolucio. Kiam la distanco de la reflekta punkto estas proksima al la kohereca longo, la intenseco de la batsignalo estos eksponente malfortigita per la koeficiento τ/τc. Por Gaŭsa lumfonto kun spektra formo, por certigi, ke la batfrekvenco havu pli ol 90% videblecon, la rilato inter la linilarĝo de la lumfonto kaj la maksimuma sentlongo, kiun la sistemo povas atingi, estas Lmax~0.04vg/f, kio signifas, ke por fibro kun longo de 80 km, la linilarĝo de la lumfonto estas malpli ol 100 Hz. Krome, la disvolviĝo de aliaj aplikoj ankaŭ prezentis pli altajn postulojn por la linilarĝo de la lumfonto. Ekzemple, en la optika fibra hidrofona sistemo, la linilarĝo de la lumfonto determinas la sisteman bruon kaj ankaŭ determinas la minimuman mezureblan signalon de la sistemo. En la optika tempa domajna reflektoro Brillouin (BOTDR), la mezurrezolucio de temperaturo kaj streĉo estas ĉefe determinita de la linilarĝo de la lumfonto. En resonatora fibrooptika giroskopo, la kohereco-longo de la lumfonto povas esti pliigita per redukto de la linilarĝo de la lumfonto, tiel plibonigante la finecon kaj resonancan profundon de la resonatoro, reduktante la linilarĝon de la resonatoro, kaj certigante la mezurprecizecon de la fibrooptika giroskopo.
1.2 Postuloj por balaaj laserfontoj
Ununura ondolonga balaa lasero havas flekseblan ondolonga agordan rendimenton, povas anstataŭigi plurajn elirajn fiks-ondolongajn laserojn, reduktas la koston de sistemkonstruado, kaj estas nemalhavebla parto de optika fibra sensa sistemo. Ekzemple, en spurgasa fibra sensado, malsamaj specoj de gasoj havas malsamajn gasajn sorbajn pintojn. Por certigi la lum-sorban efikecon kiam la mezurgaso estas sufiĉa kaj atingi pli altan mezursentecon, necesas akordigi la ondolongon de la transmisia lumfonto kun la sorba pinto de la gasmolekulo. La tipo de gaso, kiu povas esti detektita, estas esence determinita de la ondolongo de la sensa lumfonto. Tial, mallarĝliniaj laseroj kun stabila larĝbenda agorda rendimento havas pli altan mezurflekseblecon en tiaj sensaj sistemoj. Ekzemple, en iuj distribuitaj optikaj fibraj sensaj sistemoj bazitaj sur optika frekvenca domajna reflekto, la lasero devas esti rapide periode balaata por atingi alt-precizan koheran detekton kaj demoduladon de optikaj signaloj, do la modula rapido de la laserfonto havas relative altajn postulojn, kaj la balaa rapido de la alĝustigebla lasero kutime devas atingi 10 pm/μs. Krome, la ondolongo-agordebla mallarĝlinia lasero ankaŭ povas esti vaste uzata en liDAR, lasera teledetektado kaj alt-rezolucia spektra analizo kaj aliaj sensaj kampoj. Por plenumi la postulojn de altaj rendimentaj parametroj rilate al agorda bendlarĝo, agorda precizeco kaj agorda rapido de unu-ondolongaj laseroj en la kampo de fibra sensado, la ĝenerala celo de studado de agordeblaj mallarĝ-larĝaj fibraj laseroj en la lastaj jaroj estas atingi alt-precizan agordon en pli granda ondolonga gamo surbaze de celado de ultra-mallarĝa lasera linilarĝo, ultra-malalta faza bruo, kaj ultra-stabila elira frekvenco kaj potenco.
1.3 Postulo je blanka lasera lumfonto
En la kampo de optika sensado, altkvalita blanka luma lasero estas tre grava por plibonigi la rendimenton de la sistemo. Ju pli vasta la spektra kovro de blanka luma lasero, des pli vasta estas ĝia apliko en optika fibra sensa sistemo. Ekzemple, kiam oni uzas fibran Bragg-kradon (FBG) por konstrui sensilan reton, oni povus uzi spektran analizon aŭ agordeblan filtrilan kongruigan metodon por demodulacio. La unua uzis spektrometron por rekte testi ĉiun FBG-resonancan ondolongon en la reto. La dua uzis referencan filtrilon por spuri kaj kalibri la FBG-on en la sensado, ambaŭ el kiuj postulas larĝbendan lumfonton kiel testan lumfonton por la FBG. Ĉar ĉiu FBG-alirreto havos certan enmetperdon kaj bendlarĝon de pli ol 0.1 nm, la samtempa demodulacio de pluraj FBG postulas larĝbendan lumfonton kun alta potenco kaj alta bendlarĝo. Ekzemple, kiam oni uzas longperiodan fibran kradon (LPFG) por sensado, ĉar la bendlarĝo de unuopa perdopinto estas en la ordo de 10 nm, necesas larĝspektra lumfonto kun sufiĉa bendlarĝo kaj relative plata spektro por precize karakterizi ĝiajn resonancajn pintajn karakterizaĵojn. Aparte, akustika fibra krado (AIFG) konstruita per akusto-optika efiko povas atingi agordan gamon de resonanca ondolongo ĝis 1000 nm per elektra agordo. Tial, dinamika kradotestado kun tia ultra-larĝa agorda gamo prezentas grandan defion al la bendlarĝa gamo de larĝspektra lumfonto. Simile, en la lastaj jaroj, klinita Bragg-fibra krado ankaŭ estis vaste uzata en la kampo de fibra sensado. Pro ĝiaj multpintaj perdospektraj karakterizaĵoj, la ondolonga distribua gamo kutime povas atingi 40 nm. Ĝia sensmekanismo kutime estas kompari la relativan movadon inter pluraj transmisiaj pintoj, do necesas mezuri ĝian transmisian spektron plene. La bendlarĝo kaj potenco de la larĝspektra lumfonto devas esti pli altaj.
2. Esplora stato hejme kaj eksterlande
2.1 Mallarĝa linilarĝa lasera lumfonto
2.1.1 Mallarĝa linilarĝa semikonduktaĵa distribuita religlasero
En 2006, Cliche kaj aliaj reduktis la MHz-skalon de duonkonduktaĵoj.DFB-lasero(distribuita reaglasero) al kHz-skalo uzante elektran reagmetodon; En 2011, Kessler kaj aliaj uzis malalt-temperaturan kaj alt-stabilecan unu-kristalan kavaĵon kombinitan kun aktiva reagkontrolo por atingi ultra-mallarĝan linilarĝan laseran eligon de 40 MHz; En 2013, Peng kaj aliaj akiris duonkonduktaĵan laseran eligon kun linilarĝo de 15 kHz uzante la metodon de ekstera Fabry-Perot (FP) reagĝustigo. La elektra reagmetodo ĉefe uzis la Pond-Drever-Hall-frekvencan stabiligan reagordon por redukti la laseran linilarĝon de la lumfonto. En 2010, Bernhardi kaj aliaj produktis 1 cm da erbio-dopita alumino-tera FBG sur silicia oksida substrato por atingi laseran eligon kun linilarĝo de ĉirkaŭ 1.7 kHz. En la sama jaro, Liang kaj aliaj... uzis la mem-injektan religon de inversa Rayleigh-disĵeto formitan per alt-Q eĥmura resonatoro por duonkonduktaĵa lasera linilarĝa kunpremo, kiel montrite en Figuro 1, kaj fine akiris mallarĝan linilarĝan laseran eligon de 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagramo de duonkondukta lasera linilarĝa kunpremo bazita sur la mem-injekta Rayleigh-disĵeto de ekstera flustranta galerio-reĝima resonatoro;
(b) Frekvenca spektro de la libere funkcianta duonkondukta lasero kun linilarĝo de 8 MHz;
(c) Frekvenca spektro de la lasero kun linilarĝo kunpremita ĝis 160 Hz
2.1.2 Mallarĝa linilarĝa fibra lasero
Por linearaj kavaĵaj fibraj laseroj, la mallarĝa linilarĝa lasera eligo de ununura longitudala reĝimo estas akirita per mallongigo de la longo de la resonatoro kaj pliigo de la longitudala reĝima intervalo. En 2004, Spiegelberg et al. akiris ununuran longitudalan reĝiman mallarĝan linilarĝan laseran eligon kun linilarĝo de 2 kHz uzante la DBR-mallongkavaĵan metodon. En 2007, Shen et al. uzis 2 cm forte erbio-dopitan silician fibron por skribi FBG sur Bi-Ge-kun-dopitan fotosenteman fibron, kaj kunfandis ĝin kun aktiva fibro por formi kompaktan linearan kavaĵon, farante ĝian laseran eligan linilarĝon malpli ol 1 kHz. En 2010, Yang et al. uzis 2 cm forte dopitan mallongan linearan kavaĵon kombinitan kun mallarĝbenda FBG-filtrilo por akiri ununuran longitudalan reĝiman laseran eligon kun linilarĝo malpli ol 2 kHz. En 2014, la teamo uzis mallongan linian kavaĵon (virtuala faldita ringa resonatoro) kombinitan kun FBG-FP-filtrilo por akiri laseran eligon kun pli mallarĝa linilarĝo, kiel montrite en Figuro 3. En 2012, Cai kaj aliaj uzis 1,4 cm mallongan kavaĵan strukturon por akiri polarigan laseran eligon kun elira potenco pli granda ol 114 mW, centra ondolongo de 1540,3 nm, kaj linilarĝo de 4,1 kHz. En 2013, Meng kaj aliaj uzis Brillouin-disĵeton de erbio-dopita fibro kun mallonga ringa kavaĵo de plene-biasa konservanta aparato por akiri unu-longitudan reĝiman, malalt-fazan bruan laseran eligon kun elira potenco de 10 mW. En 2015, la teamo uzis ringan kavaĵon konsistantan el 45 cm erbio-dopita fibro kiel la Brillouin-disĵetan gajnomedion por akiri malaltan sojlon kaj mallarĝan linilarĝan laseran eligon.
Fig. 2 (a) Skemo de la SLC-fibra lasero;
(b) Liniformo de la heterodina signalo mezurita kun 97.6 km da fibroprokrasto
Afiŝtempo: 20-a de novembro 2023