Aplicação de laser semicondutor de frequência única na medição precisa da interferência de ondas de luz

Aplicação deLaser semicondutor de frequência únicaem Medição Precisa da Interferência de Ondas de Luz
A aplicação de frequência únicalaser semicondutorEste artigo discute a aplicação do laser em áreas de medição de precisão, como hidrofones de fibra óptica e interferômetros de escuta terrestre, e analisa em profundidade o impacto crucial do desempenho do laser no desempenho dos sistemas interferométricos.

Estrutura principal e princípio de funcionamento do sistema: O sistema de hidrofone de fibra óptica é composto principalmente por uma cabeça sensora e um interferômetro (tomando como exemplo o interferômetro de Mach-Zehnder). O princípio básico é que o sinal sonoro (pressão sonora Δp) atua sobre a cabeça sensora, causando alterações no comprimento e no índice de refração da fibra sensora enrolada ao redor do cilindro oco, introduzindo assim mudanças no caminho óptico. Essa pequena variação no caminho óptico (ou seja, a mudança de fase) é detectada com alta sensibilidade por um interferômetro.

1. Cabeçote sensor: Sua função principal é converter vibrações sonoras em mudanças no caminho óptico do interferômetro. O coeficiente de sensibilidade s está relacionado a fatores como o comprimento da fibra L, sendo que fibras sensoras mais longas são benéficas para melhorar a sensibilidade do sistema.
2. Interferômetro: É a “melhor arma” para detectar pequenas mudanças de fase. A intensidade da luz emitida tem uma relação cosseno com a diferença de fase. Ao estabilizar o viés de fase estático φ ₀ no ponto de operação ortogonal ((m+1/2) π), o sistema pode atingir a maior sensibilidade de detecção.
3. Principais parâmetros da fonte de luz que afetam o desempenho do sistema: O artigo se concentra na análise das limitações do desempenho do laser para alcançar alta resolução de fase (com uma meta de ≤ 1 μ rad).
4. LaserRuído de frequência e largura de linha: O ruído de frequência do laser pode causar ruído de fase por interferência, reduzindo assim a visibilidade das franjas de interferência. Para um interferômetro com uma diferença de caminho óptico de cerca de 1 metro, para atingir uma resolução de fase de 1 μrad, a largura de linha do laser precisa ser inferior a cerca de 30 Hz. Este é um requisito muito elevado para a estabilidade de frequência do sistema.fonte de luz.
5. Ruído de intensidade do laser: O ruído de intensidade relativa (RIN) do laser será convertido diretamente em erro de fase do sinal de interferência. Para atingir uma resolução de fase de 1 μrad com uma potência de luz de detecção típica (~100 μW), o RIN do laser precisa ser reduzido para menos de -120 dB. Este é um requisito muito elevado para a estabilidade da intensidade da fonte de luz.

Em resumo, por meio da análise do sistema de hidrofone de fibra óptica, são detalhados os requisitos rigorosos para a fonte de luz principal – o laser semicondutor de frequência única – em termos de largura de linha extremamente estreita (alta estabilidade de frequência) e ruído de intensidade extremamente baixo em medições de precisão baseadas no princípio da interferência, e são apresentados os desafios de estabilização da frequência do laser enfrentados em aplicações de sistemas de grande escala.