Laser iturriaren teknologiazuntz optikoazati bat sentituz
Zuntzak sentitzeko teknologia optikoa da zuntz optikoko teknologiarekin eta zuntz optikoko komunikazio teknologiarekin batera garatutako sentsazio teknologia moduko bat da, eta teknologia fotoelektrikoaren adar aktiboenetako bat bihurtu da. Zuntz optikoko sentsore sistema batez ere laserra, transmisio-zuntzak, sentitzeko elementua edo modulazio eremua, argi hautematea eta bestelako zatiak osatzen dute. Uhin argiaren ezaugarriak deskribatzen dituzten parametroak intentsitatea, uhin luzera, fasea, polarizazio egoera eta abar daude. Parametro horiek kanpoko eraginak aldatu daitezke zuntz optikoko transmisioan. Adibidez, tenperatura, iragazgaitza, presioa, korrontea, desplazamendua, bibrazioak, biraketa, tolesturak eta kantitate kimikoek bide optikoan eragina dutenean, parametro horiek dagokienean aldatzen dira. Zuntzaren sentsazio optikoa parametro horien eta kanpoko faktoreen arteko erlazioan oinarritzen da dagokion kantitate fisikoak antzemateko.
Mota asko daudelaser iturriazuntz optikoko sentsoretako sistemetan erabilia, bi kategoriatan banatu daitekeena: koherenteaLaser iturriaketa argi iturri inkoherenteak, inkoherenteaArgi iturriakbatez ere, argi eta argi emititutako diodoak, eta argi iturri koherenteak laserra solidoak, laserra likidoak, gas laserrak barne hartzen dituzte.Laser erdieroaleaetazuntz laserra. Honako hau da, batez ereLaser argi iturriaAzken urteetan zuntz sentsazioen arloan oso erabilia: Maiztasun bakarreko laserraren zabalera estua, uhin bakarreko luzera maiztasuna maiztasuneko maiztasun laserra eta laser zuria.
1.1 Linewidth estuetarako eskakizunakLaser argi iturriak
Zuntzak sentitzeko sistema optikoa ezin da laser iturritik bereizita, neurtutako seinalearen olatuaren arabera, hala nola, potentzia egonkortasuna, laserraren egonkortasuna, fasearen zaratak eta zuntz gozamenerako sistema hautemateko distantzia, detekzioaren zehaztasuna eta zarataren ezaugarriak. Azken urteetan, distantzia luzeko bereizmen handiko zuntz optikoko sentsoretako sistemak garatuz, batez ere, laser bidezko domeinuaren isla (dedr) teknologiak detekzio teknologia koherentea erabiltzen du maiztasun-domeinuko zuntz optikoen seinaleztatutako seinaleak aztertzeko, estaldura zabala (milaka metro). Ebazpen handiko (milimetro-maila bereizmenaren) abantailak eta sentsibilitate handia eta sentikortasun handia (-100 dbm arte) aplikazioen aukera zabalak dituzten teknologietako bat bihurtu da zuntz optikoko neurketa eta sentsazio teknologikoan banatutako teknologiak. NEGren teknologiaren muina sintonizatzeko argi-iturria erabiltzea da maiztasun optikoaren sintonizazioa lortzeko, beraz, laser iturriaren funtzionamenduak zehazten du Funtsezko faktoreak, hala nola, detektatzeko aukera, sentsibilitatea eta bereizmena. Hausnarketa puntuaren distantzia koherentzia-luzerarengandik gertu dagoenean, taupadaren seinalearen intentsitatea τ / τc koefizientearen bidez ariko da esponentzialki. Gaussiako argi-iturri bat espektro-iturria lortzeko, argi-maiztasunak% 90 baino gehiago ikusgarritasuna dela ziurtatzeko, sistemak lor dezakeen lerroaren zabaleraren arteko erlazioa LMAX ~ 0,04vg / f da, eta horrek esan nahi du 80 km-ko luzera duen linearen zabalera 100 Hz baino txikiagoa dela. Gainera, beste aplikazioen garapenak argi-iturriaren linearen lineako eskakizun handiagoak ere planteatzen ditu. Adibidez, zuntz optikoko hidrofoi sistema batean, argiaren iturriaren lineak sistemaren zarata zehazten du eta sistemaren gutxieneko seinale neurgarria zehazten du. Brillouin denbora optikoko domeinuaren islatzailea (Botdr), tenperaturaren eta estresaren neurketa-bereizmena argi-iturriaren lerrokatuta dago batez ere. Zuntz optikoko biribiltasunean, argiaren uhinaren koherentzia handitu daiteke argi iturriaren lerroaren zabalera murriztuz, eta, horrela, erresonatzailearen finitatearen eta erresonantzia sakonera hobetuz, erresonatzailearen lerroaren zabalera murriztuz eta zuntz optikoaren neurketa zehaztasuna bermatuz.
1.2 Laser iturrien miaketa baldintzak
Uhin-luzera bakarreko laserrak uhin-luzera sintonizatzeko errendimendu malguak ditu, irteera-uhin-luzerako laserreko hainbat irteera ordezkatu ditzake, sistemaren eraikuntzaren kostua murriztea, ezinbesteko zuntz sentsazio sistema optikoaren zati bat da. Adibidez, trazatutako gasaren zuntz sentsazioan, gas mota desberdinek gasaren xurgapen tontor desberdinak dituzte. Neurketa-gasa nahikoa da eta neurketa-sentsibilitate handiagoa lortzen duen argiztapen-eraginkortasuna ziurtatzeko, beharrezkoa da transmisio argiaren uhin-luzera lerrokatzea gas molekularen xurgapen gailurrarekin. Detektatu daitekeen gas mota zentzuzko argiaren iturriaren uhin-luzerak zehazten du funtsean. Hori dela eta, banda zabaleko sintonizazio errendimendu egonkorra duten line zabaleko laserrak neurketa malgutasun handiagoa dute horrelako sentsore sistemetan. Adibidez, maiztasuneko domeinu optikoen bidez oinarritutako zuntz optikoko sentsoretako sistemen batean, zehaztasun handiko koherenteen detekzio eta demodulazioa lortu behar da seinale optikoen detekzio eta demodulazioa lortzeko, beraz, laser iturriaren modulazio-tasak baldintza nahiko altuak ditu eta laser erregulagarriaren abiadura 10 pm / μ-ra iristeko beharrezkoa da. Gainera, uhin-luzera linea-zabaleraren laserral estua erabil daiteke LIDAR, Laserreko Sentsazioan eta bereizmen handiko espektroen analisian eta beste sentsore-eremuetan ere erabil daiteke. Banda zabalera sintonizatzeko parametroen baldintzak betetzeko, azken urteotan uhin-luzeraren laserraren sintonizazioaren zehaztasuna eta sintonizazioaren abiadura. Azken urteotan zehaztasun handiko sintonia lortzea da uhin-luzera zabalagoan, laser linearen zarata ultra-baxua lortzeko oinarri hartuta. Irteerako maiztasun eta potentzia ultra egonkorra.
1.3 Laser argiaren iturri zuriaren eskaera
Sentsazio optikoaren arloan, kalitate handiko argi zuriko laserraren garrantzia handia da sistemaren errendimendua hobetzeko. Laser zuriaren espektroaren estaldura zabalagoa, orduan eta zabalagoa da zuntz optikoko sentsore sistemaren aplikazioan. Adibidez, Zuntz Bragg Grating (FBG) erabiltzerakoan sentsore sarea eraikitzeko, analisi espektrala edo sintonizazio iragazkia bat datozen metodoa desagertzeko erabil liteke. Lehenengoak espektrometroa erabili zuen sarean FBG oihartzun-luzera zuzenean probatzeko. Azken horrek erreferentziazko iragazkia erabiltzen du FBGn zentzuz kontrolatzeko eta kalibratzeko, banda zabaleko argi iturria behar duten FBGrako proba-iturri gisa. FBG sarbide sare bakoitzak nolabaiteko txertatze-galera izango duelako, eta 0,1 nm baino gehiagoko banda-zabalera du, FBG anizkoitzaren aldi bereko demodulazioak banda zabaleko argi iturri bat behar du potentzia handiko eta banda zabalera handiko. Adibidez, epe luzeko zuntz birrintzea (LPFG) erabiltzerakoan, galera bakarreko gailurraren banda zabalera 10 nm-ko ordenan dagoenez, banda zabalera eta espektro nahiko laua duen espektro argi iturri bat behar da, bere erresonanteen ezaugarriak zehaztasunez karakterizatzeko. Bereziki, efektu akustikoa erabilita eraikitako zuntz grating akustikoak (AIFG) efektu akustikoa erabilita, 1000 nm-ko oihartzun luzera duen sintonizazio sorta lor daiteke, sintonizazio elektrikoaren bidez. Hori dela eta, sintonizazio oso ultra-tartea duen saskien proba dinamikoak erronka handia du espektro zabaleko argi iturri baten banda zabalera. Era berean, azken urteotan, okertu gabeko zuntz birrintzea ere oso erabilia izan da zuntz sentsazio eremuan. Gaikako galeraren espektroaren ezaugarriak direla eta, uhin-luzeraren banaketa-barrutia 40 nm-ra iritsi daiteke. Bere sentsazio-mekanismoa normalean mugimendu erlatiboa transmisio-gailurren artean alderatzea da, beraz, beharrezkoa da transmisio espektroa erabat neurtu behar izatea. Espektro zabaleko argiaren iturriaren banda zabalera eta boterea handiagoa izan behar da.
2. Ikerketa egoera etxean eta atzerrian
2.1 Linewidth laser argi iturri estua
2.1.1 Linewidh erdieroale estua banatutako feedback laserra
2006an, Cliche et al. MHZ erdieroalearen eskala murriztu zuenDFB laserra(Banatutako feedback laserra) kgz eskalara iritzi elektrikoaren metodoa erabiliz; 2011n, Kessler et al. tenperatura baxua eta egonkortasun handiko kristal barrunbe bakarra feedback kontrol aktiboarekin konbinatuta, 40 MHz-ko Laser Laser irteera ultra-estua lortzeko; 2013an, Peng et al-ek Laser irteera erdieroale bat lortu zuen 15 kHz-eko lineaz kanpoko linearekin. Feedback metodo elektrikoaren metodoa, batez ere, pond-dress-aretoko maiztasunaren egonkortzeko iritzia erabili zen, argi-iturriaren Laser-iturria murriztu dadin. 2010ean, Bernhardi et al. Erbium-dopatutako Alumina 1 cm ekoitzi zuen silizio oxidoaren substratu batean, laser irteera bat lortzeko 1,7 kHz inguruko lerro zabalera duen laser irteera bat lortzeko. Urte berean, Liang et al. Laser-linearen zabalera konpresiorako, Laser lerro-zabalera konpresiorako eratutako q ocho hormako erresonatzaile batek eratutako atzera-qoseigh-eko erresonatzailearen auto-injekzioaren iritzia erabili zuen.
1. irudia (a) Laser lerro zabaleko luxualaren diagrama.
(b) 8 MHz-eko Laser Laser doako doako maiztasuneko espektroaren espektroa;
(c) Laserraren maiztasun espektroa Linewidth-ekin 160 Hz-ra konprimitua
2.1.2 Linewidth Fiber Laser estua
Barrunbate linealeko zuntz laserretarako, linearen zabalera laserraren irteera luzerako luzera estua, erresonatzailearen luzera laburtu eta modu longitudinalen tartea areagotuz lortzen da. 2004an, Spiegelg et al. Modu longitudinal bakarra lortu zuen linewidth laser irteera estua, 2 kHz-eko linearen zabalera duen DBR varripotzeko metodoa erabiliz. 2007an, Shen et al. 2 cm-ko silikonazko zuntz asko erabiltzen zuen FBG bi-GE ko-dopatutako zuntz baten gainean idazteko eta zuntz aktibo batekin fusionatu zuen barrunbe lineal trinkoa osatzeko, bere laser irteera lerroko zabalera 1 kHz baino txikiagoa da. 2010ean, Yang et al. 2 cm-ko distira handiko barrunbe laburra erabiltzen zuen banda esternaleko FBG iragazkiarekin konbinatuta, modu longitudinal moduko laser irteera bakarra lortzeko, 2 kHz baino gutxiagoko lerro zabalera lortzeko. 2014an, taldeak barrunbe laburra (tolestutako eraztun birtuala) erabili zuen FBG-FP iragazkiarekin konbinatu zen Laser irteera bat lortzeko lerro zabalera estuagoa lortzeko, 3. irudian ikusten den bezala. 2012an, Cai et al. 1,4cm-ko barrunbe laburreko egitura erabilia, laser irteera polarizatzailea lortzeko, 114 MW baino gehiagoko irteera potentziarekin, 1540,3 nm-ko uhin luzera zentrala eta 4.1 kHz-ko lerro zabalera. 2013an, Meng et al. Erabilitako Brillouin Doped zuntzak erbium-dopatutako zuntzez. Biak kontserbatzeko gailu osoko barrunbe laburrarekin, fase bakarreko modua lortzeko, fase baxuko zarata laser irteera 10 MW-ko irteera-potentzia batekin. 2015ean, taldeak 45 cm-ko zuntzarekin 45 cm-ko zuntzarekin osatutako eraztun barrunbea erabili zuen, Brillouin sakabanaketa ertaina atalase baxua lortzeko eta linewidth laser irteera estua lortzeko.
2. irudia (a) SLC zuntz laserraren marrazki eskematikoa;
(b) heterodyne seinalearen lineala 97,6 km-ko zuntz atzerapenarekin neurtuta
Posta: 20120ko azaroaren 20a