Lasera fontoteknologio poroptika fibrosentante Unuan Parton
Optika fibro-sensa teknologio estas speco de sensa teknologio disvolvita kune kun optika fibro-teknologio kaj optika fibro-komunika teknologio, kaj ĝi fariĝis unu el la plej aktivaj branĉoj de fotoelektra teknologio.Optika fibro-sensa sistemo estas ĉefe kunmetita de lasero, transdona fibro, senta elemento aŭ modula areo, malpeza detekto kaj aliaj partoj.La parametroj priskribantaj la karakterizaĵojn de lum-ondo inkluzivas intensecon, ondolongon, fazon, polusiĝstato, ktp. Ĉi tiuj parametroj povas esti ŝanĝitaj per eksteraj influoj en optika fibro-transsendo.Ekzemple, kiam temperaturo, streĉiĝo, premo, kurento, movo, vibro, rotacio, fleksado kaj kemia kvanto influas la optikan vojon, tiuj parametroj ŝanĝiĝas konforme.Optika fibro-sentado baziĝas sur la rilato inter ĉi tiuj parametroj kaj eksteraj faktoroj por detekti la respondajn fizikajn kvantojn.
Estas multaj specoj delaserfontouzata en optikaj fibroj sentantaj sistemoj, kiuj povas esti dividitaj en du kategoriojn: koherajlaseraj fontojkaj nekoheraj lumfontoj, nekoherajlumfontojĉefe inkluzivas inkandeskan lumon kaj lum-eligantajn diodojn, kaj koheraj lumfontoj inkluzivas solidajn laserojn, likvajn laserojn, gasajn laserojn,semikonduktaĵa laserokajfibra lasero.La sekvanta estas ĉefe por lalasera lumfontovaste uzata en la kampo de fibro sentado en la lastaj jaroj: mallarĝa linio larĝa unu-frekvenca lasero, unu-ondolonga balaa frekvenco lasero kaj blanka lasero.
1.1 Postuloj por mallarĝa liniolarĝolaseraj lumfontoj
Optika fibro sento sistemo ne povas esti apartigita de la lasero fonto, kiel la mezurita signalo portanto lumo ondo, lasero lumfonto mem rendimento, kiel potenco stabileco, lasero linio larĝa, fazo bruo kaj aliaj parametroj sur la optika fibro sento sistemo detekto distanco, detekto precizeco, sentemo kaj bruaj trajtoj ludas decidan rolon.En la lastaj jaroj, kun la evoluo de longdistancaj ultra-altaj rezoluciaj optikaj fibroj-sensaj sistemoj, akademio kaj industrio prezentis pli striktajn postulojn por la linilarĝa agado de lasera miniaturigo, ĉefe en: optika frekvenca domajna reflektado (OFDR) teknologio uzas koheran. detekto teknologio por analizi la backrayleigh disigitaj signaloj de optikaj fibroj en la frekvenca domajno, kun larĝa priraportado (miloj da metroj).La avantaĝoj de alta rezolucio (milimetro-nivela rezolucio) kaj alta sentemo (ĝis -100 dBm) fariĝis unu el la teknologioj kun larĝaj aplikaj perspektivoj en disdonata optika fibro-mezurado kaj senta teknologio.La kerno de OFDR-teknologio estas uzi agordeblan lumfonton por atingi optikan frekvencan agordon, do la agado de la laserfonto determinas la ŝlosilajn faktorojn kiel OFDR-detekta gamo, sentemo kaj rezolucio.Kiam la reflekta punktodistanco estas proksima al la kohereclongo, la intenseco de la taktosignalo estos eksponente malfortigita per la koeficiento τ/τc.Por gaŭsa lumfonto kun spektra formo, por certigi, ke la taktofrekvenco havas pli ol 90% videblecon, la rilato inter la linilarĝo de la lumfonto kaj la maksimuma senta longo, kiun la sistemo povas atingi, estas Lmax~0.04vg. /f, kio signifas, ke por fibro kun longo de 80 km, la liniolarĝo de la lumfonto estas malpli ol 100 Hz.Krome, la evoluo de aliaj aplikoj ankaŭ prezentis pli altajn postulojn por la linilarĝo de la lumfonto.Ekzemple, en la optika fibro hidrofona sistemo, la linilarĝo de la lumfonto determinas la sisteman bruon kaj ankaŭ determinas la minimuman mezureblan signalon de la sistemo.En Brillouin optika tempodomajna reflektoro (BOTDR), la mezurrezolucio de temperaturo kaj streso estas plejparte determinita per la linilarĝo de la lumfonto.En resonator-optika fibro-giro, la kohereclongo de la lum-ondo povas esti pliigita reduktante la linilarĝon de la lumfonto, tiel plibonigante la fajnecon kaj resonancan profundon de la resonatoro, reduktante la linilarĝon de la resonatoro, kaj certigante la mezuradon. precizeco de la fibro-optika giro.
1.2 Postuloj por balaaj laserfontoj
Ununura ondolonga balaa lasero havas flekseblan ondolongan agordan rendimenton, povas anstataŭigi multoblajn eligajn fiksajn ondolongajn laserojn, redukti la koston de sistemo-konstruo, estas nemalhavebla parto de optika fibro-sensa sistemo.Ekzemple, en spurgasa fibrosentado, malsamaj specoj de gasoj havas malsamajn gassorbadpintojn.Por certigi la lumsorban efikecon kiam la mezurgaso sufiĉas kaj atingi pli altan mezuran sentemon, necesas vicigi la ondolongon de la transdona lumfonto kun la sorba pinto de la gasa molekulo.La speco de gaso kiu povas esti detektita estas esence determinita per la ondolongo de la senta lumfonto.Tial, mallarĝaj linilarĝaj laseroj kun stabila larĝbenda agorda efikeco havas pli altan mezurflekseblecon en tiaj sentsistemoj.Ekzemple, en iuj distribuitaj optikaj fibro-sensaj sistemoj bazitaj sur optika frekvenca domajna reflektado, la lasero devas esti rapide periode balaita por atingi alt-precizecan koheran detekton kaj demoduladon de optikaj signaloj, do la modulada indico de la laserfonto havas relative altajn postulojn. , kaj la balaa rapido de la alĝustigebla lasero estas kutime postulata por atingi 10 pm/μs.Krome, la ondolonga agordebla mallarĝa linilarĝa lasero ankaŭ povas esti vaste uzata en liDAR, lasera telesensado kaj alt-rezolucia spektra analizo kaj aliaj sensaj kampoj.Por plenumi la postulojn de alt-efikecaj parametroj de agorda bendolarĝo, agorda precizeco kaj agordado de rapideco de unuondolongaj laseroj en la kampo de fibra sentado, la ĝenerala celo de studado de agordeblaj mallarĝaj fibraj laseroj en la lastaj jaroj estas atingi altan- precizeca agordado en pli granda ondolonga gamo surbaze de persekutado de ultra-mallarĝa lasera liniolarĝo, ultra-malalta faza bruo, kaj ultra-stabila eligo-frekvenco kaj potenco.
1.3 Postulo je blanka lasera lumfonto
En la kampo de optika sensado, altkvalita blanka lumo lasero havas grandan signifon por plibonigi la agadon de la sistemo.Ju pli larĝa la spektra kovrado de blanka lumo lasero, des pli vasta estas ĝia apliko en optika fibro-sensa sistemo.Ekzemple, dum uzado de fibro Bragg krado (FBG) por konstrui sensilreton, spektranalizo aŭ agordebla filtrila kongrua metodo povus esti uzitaj por demodulado.La unua uzis spektrometron por rekte testi ĉiun FBG-resonancan ondolongon en la reto.Ĉi-lasta uzas referencfiltrilon por spuri kaj kalibri la FBG en la sentado, kiuj ambaŭ postulas larĝbendan lumfonton kiel testan lumfonton por la FBG.Ĉar ĉiu FBG alirreto havos certan enmetperdon, kaj havas bendolarĝon de pli ol 0.1 nm, la samtempa demodulado de multoblaj FBG postulas larĝbendan lumfonton kun alta potenco kaj alta bendolarĝo.Ekzemple, dum uzado de longperioda fibra krado (LPFG) por sentado, ĉar la bendolarĝo de ununura perdpinto estas en la ordo de 10 nm, larĝa spektra lumfonto kun sufiĉa bendolarĝo kaj relative plata spektro estas postulata por precize karakterizi sian resonancon. pintaj trajtoj.Aparte, akustika fibra krado (AIFG) konstruita per uzado de akusto-optika efiko povas atingi agordan gamon de resonanca ondolongo ĝis 1000 Nm per elektra agordado.Tial, dinamika kradotestado kun tia ultra-larĝa agorda gamo prezentas grandan defion al la bendolarĝa gamo de larĝa spektra lumfonto.Simile, en la lastaj jaroj, klinita Bragg-fibra krado ankaŭ estis vaste uzata en la kampo de fibro-sentado.Pro ĝiaj mult-pintaj perdaj spektrokarakterizaĵoj, la ondolonga distribua gamo povas kutime atingi 40 nm.Ĝia senta mekanismo estas kutime kompari la relativan movadon inter multoblaj dissendpintoj, do necesas mezuri ĝian dissendspektron tute.La bendolarĝo kaj potenco de la larĝa spektra lumfonto estas postulataj por esti pli altaj.
2. Esplora statuso hejme kaj eksterlande
2.1 Mallarĝa linilarĝo lasera lumfonto
2.1.1 Mallarĝa linilarĝo duonkonduktaĵo distribuita sugesta lasero
En 2006, Cliche et al.reduktis la MHz-skalon de duonkonduktaĵoDFB-lasero(distribuita religlasero ) al kHz-skalo uzante elektran religmetodon;En 2011, Kessler et al.uzis malaltan temperaturon kaj altan stabilecon ununuran kristalan kavon kombinitan kun aktiva retrokontrolo por akiri ultra-mallarĝan linilarĝan laseran eliron de 40 MHz;En 2013, Peng et al akiris semikonduktaĵan laserproduktaĵon kun linilarĝo de 15 kHz uzante la metodon de ekstera Fabry-Perot (FP) religoĝustigo.La elektra sugesta metodo ĉefe uzis la frekvencan stabiligan retrosciigon de Pond-Drever-Hall por redukti la laseran liniolarĝon de la lumfonto.En 2010, Bernhardi et al.produktis 1 cm da erbi-dopita alumino FBG sur silicioksidsubstrato por akiri laserproduktaĵon kun linilarĝo de proksimume 1.7 kHz.En la sama jaro, Liang et al.uzis la mem-injektan retrosciigon de malantaŭa Rayleigh-disvastigo formita per alt-Q-eĥa murresonatoro por duonkondukta lasera linio-larĝa kunpremo, kiel montrite en Figuro 1, kaj finfine akiris mallarĝan lini-larĝan laseran eligon de 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagramo de duonkondukta lasera linilarĝkunpremo bazita sur la mem-injekta Rayleigh-disvastigo de ekstera flustra galeria reĝimresonatoro;
(b) Frekvenca spektro de la liberfunkcia semikonduktaĵlasero kun linilarĝo de 8 MHz;
(c) Frekvenca spektro de la lasero kun linilarĝo kunpremita al 160 Hz
2.1.2 Mallarĝa linilarĝa fibra lasero
Por liniaj kavaj fibro-laseroj, la mallarĝa linilarĝa lasero eligo de ununura laŭlonga reĝimo estas akirita mallongigante la longon de la resonatoro kaj pliigante la longitudan reĝiman intervalon.En 2004, Spiegelberg et al.akiris ununuran longitudan reĝimon mallarĝan linilarĝan laserproduktadon kun linilarĝo de 2 kHz uzante DBR-mallongkavmetodon.En 2007, Shen et al.uzis 2 cm tre erbi-dopitan silician fibron por skribi FBG sur Bi-Ge ko-dopita fotosentema fibro, kaj kunfandis ĝin kun aktiva fibro por formi kompaktan linearan kavaĵon, igante ĝian laseran produktaĵlinian larĝon malpli ol 1 kHz.En 2010, Yang et al.uzis 2cm tre dopitan mallongan linearan kavon kombinitan kun mallarĝbenda FBG-filtrilo por akiri ununuran longitudan reĝiman laserproduktaĵon kun liniolarĝo de malpli ol 2 kHz.En 2014, la teamo uzis mallongan linearan kavaĵon (virtuala faldita ringresonatoro) kombinita kun FBG-FP-filtrilo por akiri laseroproduktaĵon kun pli mallarĝa liniolarĝo, kiel montrite en Figuro 3. En 2012, Cai et al.uzis 1.4cm mallongan kavaĵstrukturon por akiri polarigan laseran eliron kun eliga potenco pli granda ol 114 mW, centra ondolongo de 1540.3 nm, kaj liniolarĝo de 4.1 kHz.En 2013, Meng et al.uzis Brillouin-disvastigo de erbio-dopita fibro kun mallonga ringa kavaĵo de plen-biasa konservanta aparato por akiri unu-longitudan reĝimon, malaltfazan bruan laseran eliron kun eliga potenco de 10 mW.En 2015, la teamo uzis ringokavaĵon kunmetitan de 45 cm erbi-dopita fibro kiel la Brillouin-disvastigo-gajno meza por akiri malaltan sojlon kaj mallarĝan linilarĝan laserproduktadon.
Fig. 2 (a) Skema desegnaĵo de la SLC-fibra lasero;
(b) Linioformo de la heterodina signalo mezurita kun 97.6 km fibroprokrasto
Afiŝtempo: Nov-20-2023