Technoleg ffynhonnell laser ar gyferFfibr Optegolsynhwyro rhan un
Mae technoleg synhwyro ffibr optegol yn fath o dechnoleg synhwyro a ddatblygwyd ynghyd â thechnoleg ffibr optegol a thechnoleg cyfathrebu ffibr optegol, ac mae wedi dod yn un o'r canghennau mwyaf gweithgar o dechnoleg ffotodrydanol. Mae system synhwyro ffibr optegol yn cynnwys laser yn bennaf, ffibr trawsyrru, elfen synhwyro neu ardal fodiwleiddio, canfod golau a rhannau eraill. Mae'r paramedrau sy'n disgrifio nodweddion ton golau yn cynnwys dwyster, tonfedd, cyfnod, cyflwr polareiddio, ac ati. Gellir newid y paramedrau hyn trwy ddylanwadau allanol wrth drosglwyddo ffibr optegol. Er enghraifft, pan fydd tymheredd, straen, gwasgedd, cerrynt, dadleoli, dirgryniad, cylchdroi, plygu a maint cemegol yn effeithio ar y llwybr optegol, mae'r paramedrau hyn yn newid yn gyfatebol. Mae synhwyro ffibr optegol yn seiliedig ar y berthynas rhwng y paramedrau hyn a ffactorau allanol i ganfod y meintiau corfforol cyfatebol.
Mae yna lawer o fathau offynhonnell lasera ddefnyddir mewn systemau synhwyro ffibr optegol, y gellir eu rhannu'n ddau gategori: cydlynolffynonellau lasera ffynonellau golau anghynhenid, yn anghynhenidffynonellau golauYn bennaf cynnwys deuodau golau gwynias a allyrru golau, ac mae ffynonellau golau cydlynol yn cynnwys laserau solet, laserau hylif, laserau nwy,laser lled -ddargludyddionaLaser Ffibr. Mae'r canlynol yn bennaf ar gyfer yffynhonnell golau laserFe'i defnyddir yn helaeth ym maes synhwyro ffibr yn ystod y blynyddoedd diwethaf: laser un amledd un-amledd o led cul, laser amledd ysgubol un donfedd a laser gwyn.
1.1 Gofynion ar gyfer Llinell Llinell Culffynonellau golau laser
Ni ellir gwahanu system synhwyro ffibr optegol oddi wrth y ffynhonnell laser, gan fod y don golau cludwr signal mesuredig, ffynhonnell golau laser ei hun yn berfformiad, megis sefydlogrwydd pŵer, lled llinell laser, sŵn cyfnod a pharamedrau eraill ar y system synhwyro ffibr optegol pellter canfod pellter canfod, canfod cywirdeb, sensitifrwydd a nodweddion sŵn yn chwarae rôl bendant. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad Systemau Synhwyro Ffibr Optegol Datrysiad Ultra-High pellter hir, mae'r byd academaidd a diwydiant wedi cyflwyno gofynion llymach ar gyfer perfformiad lled-llinell miniaturization laser, yn bennaf yn: Mae technoleg adlewyrchu parth amledd optegol (OFDR) yn defnyddio technoleg canfod llydan i ddadansoddi (gwasgariad optegol yn ôl y backeralse yn ôl y backation, yn ôl y backerse, yn ôl y backleres, yn y backlerage yn ôl y backerse, yn cael ei ddadansoddi, yn cael eu dadansoddi yn ôl y backerse, yn cael ei ddadansoddi yn ôl y backlere, yn cael ei ddadansoddi yn ôl y backlerage yn ôl y backlerage, i ddadansoddi'r backlerage yn ôl y backlerage, i ddadansoddi'r backlere, yn cael ei ddadansoddi yn ôl y backlerage yn ôl y backlere, yn cael ei ddadansoddi ( mesuryddion). Mae manteision cydraniad uchel (datrysiad ar lefel milimetr) a sensitifrwydd uchel (hyd at -100 dBm) wedi dod yn un o'r technolegau sydd â rhagolygon cymwysiadau eang mewn mesur ffibr optegol dosbarthedig a thechnoleg synhwyro. Craidd technoleg OFDR yw defnyddio ffynhonnell golau tiwniadwy i gyflawni tiwnio amledd optegol, felly mae perfformiad y ffynhonnell laser yn pennu'r ffactorau allweddol fel ystod canfod OFDR, sensitifrwydd a datrysiad. Pan fydd y pellter pwynt adlewyrchu yn agos at hyd cydlyniant, bydd dwyster y signal BEAT yn cael ei wanhau'n esbonyddol gan y cyfernod τ/τc. Ar gyfer ffynhonnell golau Gaussaidd sydd â siâp sbectrol, er mwyn sicrhau bod gan amlder y curiad fwy na 90% o welededd, y berthynas rhwng lled llinell y ffynhonnell golau a'r hyd synhwyro uchaf y gall y system ei gyflawni yw lmax ~ 0.04vg/f, sy'n golygu, ar gyfer ffibr â hyd gyda hyd o 80 km, bod y llinell linell yn llai na ffynhonnell golau. Yn ogystal, cyflwynodd datblygu cymwysiadau eraill ofynion uwch ar gyfer lled llinell y ffynhonnell golau. Er enghraifft, yn y system hydroffon ffibr optegol, mae lled llinell y ffynhonnell golau yn pennu sŵn y system ac mae hefyd yn pennu signal mesuradwy lleiaf y system. Mewn adlewyrchydd parth amser optegol Brillouin (BOTDR), mae datrysiad mesur tymheredd a straen yn cael ei bennu'n bennaf gan lled llinell y ffynhonnell golau. Mewn gyro ffibr -optig cyseinydd, gellir cynyddu hyd cydlyniant y don golau trwy leihau lled llinell y ffynhonnell golau, a thrwy hynny wella mân a dyfnder cyseiniant yr atseinydd, gan leihau lled llinell yr atseiniwr, a sicrhau cywirdeb mesur y gyro ffibr optig.
1.2 Gofynion ar gyfer Ffynonellau Laser Ysgubol
Mae gan laser ysgubo tonfedd sengl berfformiad tiwnio tonfedd hyblyg, gall ddisodli laserau tonfedd sefydlog allbwn lluosog, lleihau cost adeiladu system, mae'n rhan anhepgor o'r system synhwyro ffibr optegol. Er enghraifft, mewn synhwyro ffibr nwy olrhain, mae gan wahanol fathau o nwyon gopaon amsugno nwy gwahanol. Er mwyn sicrhau'r effeithlonrwydd amsugno golau pan fydd y nwy mesur yn ddigonol ac yn cyflawni sensitifrwydd mesur uwch, mae angen alinio tonfedd y ffynhonnell golau trosglwyddo â brig amsugno'r moleciwl nwy. Yn y bôn, mae'r math o nwy y gellir ei ganfod yn cael ei bennu gan donfedd y ffynhonnell golau synhwyro. Felly, mae gan laserau lled -llinell cul gyda pherfformiad tiwnio band eang sefydlog hyblygrwydd mesur uwch mewn systemau synhwyro o'r fath. Er enghraifft, mewn rhai systemau synhwyro ffibr optegol dosbarthedig yn seiliedig ar adlewyrchiad parth amledd optegol, mae angen ysgubo'r laser yn gyflym o bryd i'w gilydd i sicrhau canfod cydlynol manwl uchel a demodiwleiddio signalau optegol, felly mae gan gyfradd modiwleiddio'r ffynhonnell laser ofynion cymharol uchel, ac mae cyflymder ysgubol y pms fel arfer yn ofynnol i laser addasadwy i fod yn ofynnol i laser addasadwy fod y laser addasadwy yn ofynnol i laser i mewn i laser yn ofynnol i gael ei addasu i laser/μ fel arfer. Yn ogystal, gellir defnyddio'r laser lled-llinell cul tiwniadwy tonfedd yn helaeth hefyd mewn liDAR, synhwyro o bell laser a dadansoddiad sbectrol cydraniad uchel a meysydd synhwyro eraill. Er mwyn cwrdd â gofynion paramedrau perfformiad uchel o led band tiwnio, cywirdeb tiwnio a chyflymder tiwnio laserau un tonfedd ym maes synhwyro ffibr, y nod cyffredinol o astudio laserau ffibr lled cul tiwniadwy yn ystod y blynyddoedd diwethaf yw cyflawni tiwnio manylu uchel yn y lle mae Ultrow, Ultrge-Nourrow, Ultrge-Nulging, Ultrge-NOURGTH A ULTERROW, ULCHELGENT, ULTERROWN ARTH LLAWER MWYAL, ULCHELGENT, ULTERROWN AR GORFFENNOST, ULTERROWN ARTH LLAWER MWYAL, ULTERROWN AR GYNTAF, ULTERROWN AR GORFFENST A LLAWER MWYAL, ULCHELGENT FESTORE. Amledd a phwer allbwn ultra-sefydlog.
1.3 Galw am ffynhonnell golau laser gwyn
Ym maes synhwyro optegol, mae laser golau gwyn o ansawdd uchel yn arwyddocâd mawr i wella perfformiad y system. Po fwyaf ehangach y sbectrwm o laser golau gwyn, y mwyaf helaeth y mae ei gymhwysiad yn y system synhwyro ffibr optegol. Er enghraifft, wrth ddefnyddio gratiad bragg ffibr (FBG) i lunio rhwydwaith synhwyrydd, gellid defnyddio dadansoddiad sbectrol neu ddull paru hidlo tunable ar gyfer demodiwleiddio. Defnyddiodd y cyntaf sbectromedr i brofi pob tonfedd soniarus FBG yn uniongyrchol yn y rhwydwaith. Mae'r olaf yn defnyddio hidlydd cyfeirio i olrhain a graddnodi'r FBG yn y synhwyro, y mae'r ddau ohonynt yn gofyn am ffynhonnell golau band eang fel ffynhonnell golau prawf ar gyfer yr FBG. Oherwydd y bydd gan bob rhwydwaith mynediad FBG golled mewnosod penodol, a bod ganddo led band o fwy na 0.1 nm, mae angen ffynhonnell band eang gyda phwer uchel a lled band uchel ar yr un pryd o FBG ar yr un pryd. Er enghraifft, wrth ddefnyddio gratio ffibr cyfnod hir (LPFG) i'w synhwyro, gan fod lled band brig colled sengl yn nhrefn 10 nm, mae angen ffynhonnell golau sbectrwm eang gyda lled band digonol a sbectrwm cymharol wastad i nodweddu ei nodweddion brig soniarus yn gywir. Yn benodol, gall gratio ffibr acwstig (AIFG) a adeiladwyd trwy ddefnyddio effaith acousto-optegol gyflawni ystod tiwnio o donfedd soniarus hyd at 1000 nm trwy diwnio trydanol. Felly, mae profion gratio deinamig gydag ystod tiwnio mor ultra-eang yn her fawr i ystod lled band ffynhonnell golau sbectrwm eang. Yn yr un modd, yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae gratio ffibr Bragg gogwyddo hefyd wedi'i ddefnyddio'n helaeth ym maes synhwyro ffibr. Oherwydd ei nodweddion sbectrwm colli aml-gopa, gall yr ystod dosbarthu tonfedd gyrraedd 40 nm fel rheol. Ei fecanwaith synhwyro fel arfer yw cymharu'r symudiad cymharol ymhlith copaon trosglwyddo lluosog, felly mae angen mesur ei sbectrwm trosglwyddo yn llwyr. Mae'n ofynnol i led band a phwer y ffynhonnell golau sbectrwm eang fod yn uwch.
2. Statws ymchwil gartref a thramor
2.1 ffynhonnell golau laser lled llinell cul
2.1.1 Lled -ddargludydd Llinell Llinell Cul Dosbarthu Laser Adborth
Yn 2006, mae Cliche et al. lleihau graddfa MHz lled -ddargludyddionLaser dfb(laser adborth wedi'i ddosbarthu) i raddfa KHz gan ddefnyddio dull adborth trydanol; Yn 2011, mae Kessler et al. defnyddio ceudod grisial sengl tymheredd isel a sefydlogrwydd uchel wedi'i gyfuno â rheolaeth adborth gweithredol i gael allbwn laser lled-narrow ultra-narrow o 40 MHz; Yn 2013, cafodd Peng et al allbwn laser lled-ddargludyddion gyda lled llinell o 15 kHz trwy ddefnyddio'r dull o addasu adborth ffabri-perot allanol (FP). Defnyddiodd y dull adborth trydanol yn bennaf yr adborth sefydlogi amledd neuadd pwll i wneud lled-linell y ffynhonnell golau yn cael ei leihau. Yn 2010, mae Bernhardi et al. cynhyrchu 1 cm o alwmina FBG wedi'i dopio erbium ar swbstrad silicon ocsid i gael allbwn laser gyda lled llinell o tua 1.7 kHz. Yn yr un flwyddyn, mae Liang et al. defnyddio adborth hunan-chwistrelliad gwasgariad Rayleigh yn ôl a ffurfiwyd gan gyseinydd wal adleisio uchel-Q ar gyfer cywasgiad lled llinell laser lled-ddargludyddion, fel y dangosir yn Ffigur 1, ac o'r diwedd cafodd allbwn laser lled llinell cul o 160 Hz.
Ffig. 1 (a) Diagram o gywasgiad lled-linell laser lled-ddargludyddion yn seiliedig ar wasgariad hunan-chwistrelliad Rayleigh o resonator modd oriel sibrwd allanol;
(b) sbectrwm amledd y laser lled -ddargludyddion sy'n rhedeg am ddim gyda lled llinell o 8 MHz;
(c) Sbectrwm amledd y laser gyda lled llinell wedi'i gywasgu i 160 Hz
2.1.2 laser ffibr lled llinell cul
Ar gyfer laserau ffibr ceudod llinol, ceir allbwn laser lled llinell cul y modd hydredol sengl trwy fyrhau hyd y cyseinydd a chynyddu'r cyfwng modd hydredol. Yn 2004, mae Spiegelberg et al. Wedi cael un allbwn laser lled -llinell cul hydredol gyda lled llinell o 2 kHz trwy ddefnyddio dull ceudod byr DBR. Yn 2007, mae Shen et al. Defnyddiodd ffibr silicon 2 cm wedi'i dopio'n drwm erbium i ysgrifennu FBG ar ffibr ffotosensitif cyd-ddop bi-ge, a'i asio â ffibr gweithredol i ffurfio ceudod llinol cryno, gan wneud ei led llinell allbwn laser yn llai nag 1 kHz. Yn 2010, mae Yang et al. defnyddio ceudod llinellol byr wedi'i ddopio'n fawr wedi'i gyfuno â hidlydd FBG band cul i gael un allbwn laser modd hydredol gyda lled llinell o lai na 2 kHz. Yn 2014, defnyddiodd y tîm geudod llinellol byr (cyseinydd cylch plygu rhithwir) ynghyd â hidlydd FBG-FP i gael allbwn laser gyda lled llinell gulach, fel y dangosir yn Ffigur 3. Yn 2012, mae Cai et al. defnyddio strwythur ceudod byr 1.4cm i gael allbwn laser polareiddio gyda phŵer allbwn sy'n fwy na 114 MW, tonfedd ganolog o 1540.3 nm, a lled llinell o 4.1 kHz. Yn 2013, mae Meng et al. a ddefnyddir yn gwasgaru brillouin o ffibr wedi'i dopio erbium gyda cheudod cylch byr o ddyfais cadw rhagfarn lawn i gael dull laser sŵn cyfnod isel un hirfaith gyda phŵer allbwn o 10 MW. Yn 2015, defnyddiodd y tîm geudod cylch yn cynnwys ffibr 45 cm wedi'i dopio erbium fel y cyfrwng ennill gwasgariad Brillouin i gael trothwy isel ac allbwn laser lled llinell cul.
Ffig. 2 (a) lluniad sgematig o laser ffibr SLC;
(b) siâp llinell y signal heterodyne wedi'i fesur gydag oedi ffibr 97.6 km
Amser Post: Tach-20-2023