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 ganghennau mwyaf gweithredol technoleg ffotodrydanol.Mae system synhwyro ffibr optegol yn cynnwys laser, ffibr trawsyrru, elfen synhwyro neu ardal fodiwleiddio, canfod golau a rhannau eraill yn bennaf.Mae'r paramedrau sy'n disgrifio nodweddion tonnau golau yn cynnwys dwyster, tonfedd, cyfnod, cyflwr polareiddio, ac ati. Gall y paramedrau hyn gael eu newid gan ddylanwadau allanol mewn trosglwyddiad ffibr optegol.Er enghraifft, pan fydd tymheredd, straen, pwysau, 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 ffisegol 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 anghydlynol, anghydlynolffynonellau golauyn bennaf yn cynnwys golau gwynias a deuodau 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 lasera ddefnyddir yn eang ym maes synhwyro ffibr yn ystod y blynyddoedd diwethaf: laser lled llinell gul amledd sengl, laser amledd ysgubo un-donfedd a laser gwyn.
1.1 Gofynion ar gyfer llinell gulffynonellau golau laser
Ni ellir gwahanu system synhwyro ffibr optegol oddi wrth y ffynhonnell laser, fel y cludwr signal mesuredig ton golau, ffynhonnell golau laser ei hun perfformiad, megis sefydlogrwydd pŵer, laser linewidth, sŵn cyfnod a pharamedrau eraill ar y system synhwyro ffibr optegol pellter canfod, canfod mae cywirdeb, sensitifrwydd a nodweddion sŵn yn chwarae rhan bendant.Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad systemau synhwyro ffibr optegol cydraniad uchel iawn, mae'r byd academaidd a diwydiant wedi cyflwyno gofynion llymach ar gyfer perfformiad llinellol miniatureiddio laser, yn bennaf mewn: defnydd cydlynol o dechnoleg adlewyrchiad parth amledd optegol (OFDR) technoleg canfod i ddadansoddi signalau gwasgaredig backrayleigh o ffibrau optegol yn y parth amlder, gyda sylw eang (miloedd o fetrau).Mae manteision cydraniad uchel (cydraniad lefel milimetr) a sensitifrwydd uchel (hyd at -100 dBm) wedi dod yn un o'r technolegau sydd â rhagolygon cymhwyso eang mewn technoleg mesur a synhwyro ffibr optegol dosbarthedig.Craidd technoleg OFDR yw defnyddio ffynhonnell golau tiwnadwy i gyflawni tiwnio amledd optegol, felly mae perfformiad y ffynhonnell laser yn pennu'r ffactorau allweddol megis ystod canfod, sensitifrwydd a datrysiad OFDR.Pan fydd pellter y pwynt adlewyrchiad yn agos at hyd y cydlyniad, bydd dwyster y signal curiad yn cael ei wanhau'n esbonyddol gan y cyfernod τ/τc.Ar gyfer ffynhonnell golau Gaussian gyda siâp sbectrol, er mwyn sicrhau bod yr amledd curiad yn fwy na 90% o welededd, y berthynas rhwng lled llinell y ffynhonnell golau a'r hyd synhwyro mwyaf y gall y system ei gyflawni yw Lmax ~ 0.04vg /f, sy'n golygu, ar gyfer ffibr â hyd o 80 km, bod lled llinell y ffynhonnell golau yn llai na 100 Hz.Yn ogystal, mae datblygiad cymwysiadau eraill hefyd yn cyflwyno gofynion uwch ar gyfer llinell y ffynhonnell golau.Er enghraifft, yn y system hydroffon ffibr optegol, mae llinell y ffynhonnell golau yn pennu sŵn y system a hefyd yn pennu isafswm signal mesuradwy'r system.Yn adlewyrchydd parth amser optegol Brillouin (BOTDR), mae datrysiad mesur tymheredd a straen yn cael ei bennu'n bennaf gan linewidth y ffynhonnell golau.Mewn gyro ffibr optig resonator, gellir cynyddu hyd cydlyniad y don golau trwy leihau lled llinell y ffynhonnell golau, a thrwy hynny wella manylder a dyfnder cyseiniant y resonator, gan leihau lled llinell y cyseinydd, a sicrhau'r mesuriad. cywirdeb y gyro ffibr optig.
1.2 Gofynion ar gyfer ffynonellau laser ysgubo
Mae gan laser ysgubo tonfedd sengl berfformiad tiwnio tonfedd hyblyg, gall ddisodli laserau tonfedd sefydlog allbwn lluosog, lleihau cost adeiladu system, yn rhan anhepgor o system synhwyro ffibr optegol.Er enghraifft, mewn synhwyro ffibr nwy hybrin, mae gan wahanol fathau o nwyon gopa amsugno nwy gwahanol.Er mwyn sicrhau'r effeithlonrwydd amsugno golau pan fo'r nwy mesur yn ddigonol a chyflawni sensitifrwydd mesur uwch, mae angen alinio tonfedd y ffynhonnell golau trawsyrru â brig amsugno'r moleciwl nwy.Mae'r math o nwy y gellir ei ganfod yn cael ei bennu yn y bôn gan donfedd y ffynhonnell golau synhwyro.Felly, mae gan laserau linewidth 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 gyflawni canfod a dadfododi signalau optegol yn fanwl gywir, felly mae gan gyfradd modiwleiddio'r ffynhonnell laser ofynion cymharol uchel. , ac fel arfer mae angen cyflymder ysgubo'r laser addasadwy i gyrraedd 10 pm / μs.Yn ogystal, gellir defnyddio'r laser linewidth cul tonfedd tunadwy yn eang hefyd mewn liDAR, synhwyro laser o bell a dadansoddi sbectrol cydraniad uchel a meysydd synhwyro eraill.Er mwyn bodloni gofynion paramedrau perfformiad uchel lled band tiwnio, cywirdeb tiwnio a chyflymder tiwnio laserau tonfedd sengl ym maes synhwyro ffibr, y nod cyffredinol o astudio laserau ffibr lled cul tiwnadwy yn y blynyddoedd diwethaf yw cyflawni uchel- tiwnio trachywiredd mewn ystod tonfedd mwy ar sail mynd ar drywydd linewidth laser tra-gul, sŵn cyfnod isel iawn, ac amledd allbwn a phŵer uwch-sefydlog.
1.3 Galw am ffynhonnell golau laser gwyn
Ym maes synhwyro optegol, mae laser golau gwyn o ansawdd uchel yn arwyddocaol iawn i wella perfformiad y system.Po fwyaf yw cwmpas sbectrwm laser golau gwyn, y mwyaf helaeth yw ei gymhwysiad mewn system synhwyro ffibr optegol.Er enghraifft, wrth ddefnyddio gratio Bragg ffibr (FBG) i adeiladu rhwydwaith synhwyrydd, gellid defnyddio dadansoddiad sbectrol neu ddull paru hidlydd tiwnadwy ar gyfer dadfodylu.Defnyddiodd y cyntaf sbectromedr i brofi pob tonfedd soniarus FBG yn y rhwydwaith yn uniongyrchol.Mae'r olaf yn defnyddio hidlydd cyfeirio i olrhain a graddnodi'r FBG yn y synhwyro, ac mae angen ffynhonnell golau band eang fel ffynhonnell golau prawf ar gyfer y FBG.Oherwydd y bydd gan bob rhwydwaith mynediad FBG golled mewnosod penodol, a bod ganddo lled band o fwy na 0.1 nm, mae dadfodiwleiddio lluosog FBG ar yr un pryd yn gofyn am ffynhonnell golau band eang gyda phŵer uchel a lled band uchel.Er enghraifft, wrth ddefnyddio gratio ffibr cyfnod hir (LPFG) ar gyfer synhwyro, gan fod lled band uchafbwynt colled sengl tua 10 nm, mae angen ffynhonnell golau sbectrwm eang gyda lled band digonol a sbectrwm cymharol wastad i nodweddu ei soniarus yn gywir. nodweddion brig.Yn benodol, gall gratio ffibr acwstig (AIFG) a adeiladwyd trwy ddefnyddio effaith acwsto-optegol gyflawni ystod tiwnio o donfedd soniarus hyd at 1000 nm trwy gyfrwng tiwnio trydanol.Felly, mae profion gratio deinamig gydag ystod tiwnio mor eang yn her fawr i ystod lled band ffynhonnell golau sbectrwm eang.Yn yr un modd, yn y blynyddoedd diwethaf, mae gratio ffibr Bragg gogwyddo hefyd wedi'i ddefnyddio'n helaeth ym maes synhwyro ffibr.Oherwydd ei nodweddion sbectrwm colli aml-brig, gall yr ystod ddosbarthu tonfedd gyrraedd 40 nm fel arfer.Ei fecanwaith synhwyro fel arfer yw cymharu'r symudiad cymharol ymhlith copaon trawsyrru lluosog, felly mae angen mesur ei sbectrwm trawsyrru yn gyfan gwbl.Mae'n ofynnol i lled band a phŵer y ffynhonnell golau sbectrwm eang fod yn uwch.
2. Statws ymchwil gartref a thramor
2.1 Llinell gul ffynhonnell golau laser
2.1.1 Llinell gul lled-ddargludyddion adborth wedi'i ddosbarthu â laser
Yn 2006, roedd Cliche et al.lleihau graddfa MHz lled-ddargludyddionlaser DFB(laser adborth wedi'i ddosbarthu) i raddfa kHz gan ddefnyddio dull adborth trydanol;Yn 2011, dywedodd Kessler et al.defnyddio ceudod grisial sengl tymheredd isel a sefydlogrwydd uchel ynghyd â rheolaeth adborth gweithredol i gael allbwn laser llinellolth ultra-gul o 40 MHz;Yn 2013, cafodd Peng et al allbwn laser lled-ddargludyddion gyda linewidth o 15 kHz trwy ddefnyddio'r dull o addasu adborth allanol Fabry-Perot (FP).Roedd y dull adborth trydanol yn bennaf yn defnyddio adborth sefydlogi amlder Pond-Drever-Hall i leihau llinell laser y ffynhonnell golau.Yn 2010, penderfynodd Bernhardi et al.cynhyrchu 1 cm o alwmina dop erbium FBG ar swbstrad silicon ocsid i gael allbwn laser gyda lled llinell o tua 1.7 kHz.Yn yr un flwyddyn, Liang et al.defnyddio adborth hunan-chwistrellu gwasgariad Rayleigh yn ôl a ffurfiwyd gan resonator wal adlais uchel-Q ar gyfer cywasgu lled llinell laser lled-ddargludyddion, fel y dangosir yn Ffigur 1, ac yn olaf cafwyd allbwn laser lled llinell cul o 160 Hz.
Ffig. 1 (a) Diagram o gywasgiad llinellolth laser lled-ddargludyddion yn seiliedig ar yr hunan-chwistrelliad Rayleigh yn gwasgaru cyseinydd modd oriel sibrwd allanol;
(b) Sbectrwm amledd y laser lled-ddargludyddion sy'n rhedeg yn rhydd â llinell 8 MHz;
(c) Sbectrwm amledd y laser sydd â llinell y llinell wedi'i gywasgu i 160 Hz
2.1.2 Laser ffibr llinell cul
Ar gyfer laserau ffibr ceudod llinol, ceir allbwn laser llinellol cul modd hydredol sengl trwy fyrhau hyd y cyseinydd a chynyddu'r cyfwng modd hydredol.Yn 2004, Spiegelberg et al.cael allbwn laser llinell cul modd hydredol sengl gyda linewidth o 2 kHz trwy ddefnyddio dull ceudod byr DBR.Yn 2007, Shen et al.defnyddio ffibr silicon â dop erbium 2 cm yn drwm i ysgrifennu FBG ar ffibr ffotosensitif wedi'i gyd-dopio Bi-Ge, a'i asio â ffibr gweithredol i ffurfio ceudod llinellol cryno, gan wneud lled ei linell allbwn laser yn llai nag 1 kHz.Yn 2010, Yang et al.defnyddio ceudod llinol byr â dop uchel 2cm 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 ceudod llinol byr (cyseinydd modrwy wedi'i blygu rhithwir) wedi'i gyfuno â hidlydd FBG-FP i gael allbwn laser â 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 polariaidd gyda phŵer allbwn sy'n fwy na 114 mW, tonfedd ganolog o 1540.3 nm, a lled llinell o 4.1 kHz.Yn 2013, Meng et al.defnyddio gwasgariad Brillouin o ffibr dop erbium gyda ceudod cylch byr o ddyfais cadw tuedd-llawn i gael modd un-hydredol, allbwn laser sŵn cyfnod isel gyda phŵer allbwn o 10 mW.Yn 2015, defnyddiodd y tîm geudod cylch a oedd yn cynnwys ffibr dop erbium 45 cm fel cyfrwng cynnydd gwasgariad Brillouin i gael allbwn laser trothwy isel a chul.
Ffig. 2 (a) Lluniad sgematig o'r laser ffibr SLC;
(b) Siâp llinell y signal heterodyne wedi'i fesur ag oediad ffibr 97.6 km
Amser postio: Tachwedd-20-2023