Laser uppspretta tækni fyrirljósleiðaraskynjar fyrsta hluta
Ljósleiðaraskynjunartækni er eins konar skynjunartækni sem þróuð er ásamt ljósleiðaratækni og ljósleiðarasamskiptatækni og hefur orðið ein virkasta grein ljósatækninnar. Ljósleiðaraskynjunarkerfi er aðallega samsett úr leysi, sendingartrefjum, skynjunarhluta eða mótunarsvæði, ljósskynjun og öðrum hlutum. Færibreyturnar sem lýsa eiginleikum ljósbylgju eru meðal annars styrkleiki, bylgjulengd, fasi, skautunarástand osfrv. Þessum breytum getur verið breytt vegna ytri áhrifa í ljósleiðarasendingum. Til dæmis, þegar hitastig, álag, þrýstingur, straumur, tilfærsla, titringur, snúningur, beygja og efnamagn hafa áhrif á sjónleiðina, breytast þessar breytur að sama skapi. Ljósleiðarskynjun byggist á sambandi þessara breytu og ytri þátta til að greina samsvarandi líkamlegt magn.
Það eru margar tegundir afleysir uppsprettanotað í ljósleiðaraskynjunarkerfum, sem má skipta í tvo flokka: samhangandileysir uppspretturog ósamstæður ljósgjafar, ósamhangandiljósgjafainnihalda aðallega glóandi ljós og ljósdíóða, og samhangandi ljósgjafar innihalda solid leysir, fljótandi leysir, gas leysir,hálfleiðara leysirogtrefjar leysir. Eftirfarandi er aðallega fyrirleysir ljósgjafimikið notað á sviði trefjaskynjunar undanfarin ár: þröng línubreidd eintíðni leysir, einbylgjulengd sópa tíðni leysir og hvítur leysir.
1.1 Kröfur um þrönga línubreiddlaser ljósgjafa
Ljósleiðaraskynjunarkerfi er ekki hægt að aðskilja frá leysigjafanum, þar sem mæld merki burðarljósbylgja, leysir ljósgjafinn sjálft frammistöðu, svo sem aflstöðugleiki, leysirlínubreidd, fasahljóð og aðrar breytur á ljósleiðaraskynjunarkerfinu greiningarfjarlægð, uppgötvun nákvæmni, næmni og hávaðaeiginleikar gegna afgerandi hlutverki. Á undanförnum árum, með þróun á ljósleiðaraskynjunarkerfum í langri fjarlægð með ofurhári upplausn, hafa fræðimenn og iðnaður sett fram strangari kröfur um línubreiddarframmistöðu leysismæðingar, aðallega í: endurspeglun ljóstíðnisviðs (OFDR) tækni notar samhangandi uppgötvunartækni til að greina dreifð merki ljósleiðara í tíðnisviðinu með víðtækri þekju (þúsundir metra). Kostir mikillar upplausnar (millímetrastigsupplausnar) og mikillar næmni (allt að -100 dBm) eru orðnir ein af þeim tækni sem hefur víðtæka notkunarmöguleika í dreifðri ljósleiðaramælingu og skynjunartækni. Kjarninn í OFDR tækni er að nota stillanlegan ljósgjafa til að ná ljóstíðnistillingu, þannig að frammistaða leysigjafans ákvarðar lykilþættina eins og OFDR greiningarsvið, næmi og upplausn. Þegar endurspeglunarpunktsfjarlægðin er nálægt samhengislengdinni, mun styrkleiki slögmerksins lækka veldisvísis með stuðlinum τ/τc. Fyrir Gauss ljósgjafa með litrófslögun, til að tryggja að slagtíðnin hafi meira en 90% sýnileika, er sambandið á milli línubreiddar ljósgjafans og hámarks skynjunarlengdar sem kerfið getur náð Lmax~0,04vg /f, sem þýðir að fyrir 80 km langa trefja er línubreidd ljósgjafans minni en 100 Hz. Að auki setur þróun annarra forrita einnig fram meiri kröfur um línubreidd ljósgjafans. Til dæmis, í ljósleiðara vatnsfónakerfinu, ákvarðar línubreidd ljósgjafans hávaða kerfisins og ákvarðar einnig lágmarks mælanlegt merki kerfisins. Í Brillouin sjónrænum tímasviðsreflektor (BOTDR) er mæliupplausn hitastigs og streitu aðallega ákvörðuð af línubreidd ljósgjafans. Í ljósleiðara gyro með resonator ljósleiðara er hægt að auka samhengislengd ljósbylgjunnar með því að minnka línubreidd ljósgjafans og bæta þar með fínleika og ómun dýpt resonatorsins, draga úr línubreidd resonatorsins og tryggja mælingu. nákvæmni ljósleiðara gírósins.
1.2 Kröfur um leysigeislagjafa
Einbylgjulengdar sópa leysir hefur sveigjanlegan bylgjulengd stilla árangur, getur komið í stað margra framleiðsla föst bylgjulengdar leysir, draga úr kostnaði við byggingu kerfisins, er ómissandi hluti af ljósleiðaraskynjunarkerfi. Til dæmis, við skynjun á snefilgastrefjum, hafa mismunandi tegundir lofttegunda mismunandi gasupptöku toppa. Til þess að tryggja skilvirkni ljósgleypni þegar mæligasið er nægjanlegt og ná meiri mælinæmni, er nauðsynlegt að samræma bylgjulengd ljósgjafans við frásogstopp gassameindarinnar. Tegund gas sem hægt er að greina ræðst í meginatriðum af bylgjulengd ljósgjafans sem skynjar. Þess vegna hafa leysir með þröngri línubreidd með stöðugum breiðbandsstillingarafköstum meiri mælisveigjanleika í slíkum skynjunarkerfum. Til dæmis, í sumum dreifðum ljósleiðaraskynjunarkerfum sem byggjast á endurspeglun ljóstíðnisviðs, þarf að sópa leysirinn hratt reglulega til að ná fram nákvæmri samfelldri uppgötvun og afmótun ljósmerkja, þannig að mótunarhraði leysigjafans hefur tiltölulega miklar kröfur , og sópahraði stillanlegs leysir er venjulega nauðsynlegur til að ná 10 pm/μs. Að auki getur bylgjulengd stillanleg þröng línubreidd leysirinn einnig verið mikið notaður í liDAR, leysifjarkönnun og háupplausnar litrófsgreiningu og öðrum skynjunarsviðum. Til þess að uppfylla kröfur um afkastamikil færibreytur um að stilla bandbreidd, stilla nákvæmni og stilla hraða einbylgjulengdar leysira á sviði trefjaskynjunar, er heildarmarkmið þess að rannsaka stillanleg þröngbreidd trefjaleysis á undanförnum árum að ná háum nákvæmnisstilling á stærra bylgjulengdarsviði á grundvelli þess að sækjast eftir ofurþröngri leysilínubreidd, ofurlítilum fasa hávaða og ofurstöðugri úttakstíðni og afl.
1.3 Eftirspurn eftir hvítum leysiljósgjafa
Á sviði sjónskynjunar er hágæða hvítt ljós leysir mjög mikilvægt til að bæta afköst kerfisins. Því breiðari litrófsþekju leysir með hvítu ljósi, því víðtækari notkun þess í ljósleiðaraskynjunarkerfi. Til dæmis, þegar þú notar fiber Bragg grating (FBG) til að smíða skynjaranet, væri hægt að nota litrófsgreiningu eða stillanleg síusamsvörun til að aflétta. Sá fyrrnefndi notaði litrófsmæli til að prófa hverja FBG resonant bylgjulengd beint í netinu. Hið síðarnefnda notar viðmiðunarsíu til að rekja og kvarða FBG í skynjuninni, sem bæði krefjast breiðbands ljósgjafa sem prófunarljósgjafa fyrir FBG. Vegna þess að hvert FBG aðgangsnet mun hafa ákveðið innsetningartap og hefur bandbreidd sem er meira en 0,1 nm, krefst samtímis demodulation margra FBG breiðbandsljósgjafa með miklu afli og mikilli bandbreidd. Til dæmis, þegar langtímatrefjarrist (LPFG) er notað til skynjunar, þar sem bandbreidd eins taps hámarks er í stærðargráðunni 10 nm, þarf breiðróf ljósgjafa með nægilega bandbreidd og tiltölulega flatt litróf til að lýsa nákvæmlega enduróm þess. hámarkseiginleikar. Sérstaklega getur hljóðtrefjarrist (AIFG) sem er smíðað með því að nota hljóð-sjónáhrif náð stillisviði ómunabylgjulengdar allt að 1000 nm með rafstillingu. Þess vegna skapar kraftmikil ristprófun með svo ofurbreitt stillingarsvið mikla áskorun fyrir bandbreiddarsvið breiðs ljósgjafa. Á sama hátt, á undanförnum árum, hefur hallað Bragg trefjarist einnig verið mikið notað á sviði trefjaskynjunar. Vegna fjöltoppa tapsrófseiginleika þess getur bylgjulengdardreifingin venjulega náð 40 nm. Skynjunarbúnaður þess er venjulega að bera saman hlutfallslega hreyfingu á milli margra flutningstoppa, svo það er nauðsynlegt að mæla flutningsróf þess alveg. Bandbreidd og kraftur ljósgjafans með breiðu litrófinu þarf að vera meiri.
2. Rannsóknarstaða heima og erlendis
2.1 Laser ljósgjafi með þröngri línubreidd
2.1.1 Hálfleiðara dreifður endurgjöf með þröngri línubreidd
Árið 2006, Cliche o.fl. minnkað MHz mælikvarða hálfleiðaraDFB leysir(dreifður endurgjöf leysir) í kHz mælikvarða með því að nota rafmagns endurgjöf aðferð; Árið 2011, Kessler o.fl. notað lágt hitastig og mikinn stöðugleika eins kristalla hola ásamt virkri endurgjöf stjórna til að fá ofurþröng línubreidd leysir framleiðsla upp á 40 MHz; Árið 2013 fengu Peng o.fl. hálfleiðara leysirúttak með línubreidd 15 kHz með því að nota aðferðina við ytri Fabry-Perot (FP) endurgjöf aðlögunar. Rafmagnsviðmiðunaraðferðin notaði aðallega Pond-Drever-Hall tíðnistöðugleikaviðbrögðin til að draga úr leysilínubreidd ljósgjafans. Árið 2010, Bernhardi o.fl. framleitt 1 cm af erbíumbættu súráli FBG á kísiloxíð hvarfefni til að fá leysiúttak með línubreidd um 1,7 kHz. Sama ár, Liang o.fl. notaði sjálfsprautuviðbrögðin á afturábak Rayleigh-dreifingar sem mynduð er af há-Q bergmálsveggómun fyrir hálfleiðara leysilínubreiddarþjöppun, eins og sýnt er á mynd 1, og fékk að lokum 160 Hz leysisúttak á þröngri línubreidd.
Mynd 1 (a) Skýringarmynd af hálfleiðara leysirlínubreiddarþjöppun byggt á sjálfsprautun Rayleigh dreifingar utanaðkomandi hvísla gallerí ham resonator;
(b) tíðnisvið lausa hálfleiðaraleysisins með línubreidd 8 MHz;
(c) Tíðniróf leysisins með línubreidd þjappað niður í 160 Hz
2.1.2 Þröng línubreidd trefjaleysir
Fyrir línulega hola trefjaleysis er þröngt línubreidd leysiframleiðsla í einni lengdarstillingu fengin með því að stytta lengd resonatorsins og auka lengdarhamsbilið. Árið 2004, Spiegelberg o.fl. Fékk eina lengdarstillingu leysirúttak með þröngri línubreidd með línubreidd 2 kHz með því að nota DBR stuttholaaðferð. Árið 2007, Shen o.fl. notaði 2 cm þungt erbium-dópaða sílikontrefjar til að skrifa FBG á Bi-Ge samdópaða ljósnæma trefjar, og sameinaði það virkum trefjum til að mynda þétt línulegt holrúm, sem gerir leysiúttakslínubreidd hans minni en 1 kHz. Árið 2010, Yang o.fl. notaði 2cm mjög dópað stutt línulegt hol ásamt þröngbandi FBG síu til að fá eina lengdarham leysiúttak með línubreidd minni en 2 kHz. Árið 2014 notaði teymið stutt línulegt hol (virtual folded ring resonator) ásamt FBG-FP síu til að fá laserúttak með þrengri línubreidd, eins og sýnt er á mynd 3. Árið 2012, Cai o.fl. notaði 1,4 cm stutta holrúmsbyggingu til að fá skautunarleysisúttak með úttaksafli sem er meira en 114 mW, miðbylgjulengd 1540,3 nm og línubreidd 4,1 kHz. Árið 2013, Meng o.fl. notaður Brillouin-dreifing á erbium-dópuðum trefjum með stuttu hringholi verndarbúnaðar með fullri hliðrun til að fá leysigeisaraúttak með einni lengdarstillingu, lágfasa hávaða með 10 mW úttaksafli. Árið 2015 notaði teymið hringhol sem samanstendur af 45 cm erbium-dópuðum trefjum sem Brillouin-dreifingarstyrksmiðillinn til að fá lágan þröskuld og þrönga línubreidd leysigeislaúttaks.
Mynd 2 (a) Skýringarmynd af SLC trefjaleysinum;
(b) Línulögun heterodyne merksins mæld með 97,6 km ljósleiðara seinkun
Pósttími: 20. nóvember 2023