Tecnologia de origem a laser parafibra ópticaSentindo parte um
A tecnologia de detecção de fibra óptica é um tipo de tecnologia de detecção desenvolvida junto com a tecnologia de fibra óptica e a tecnologia de comunicação de fibra óptica, e tornou -se um dos ramos mais ativos da tecnologia fotoelétrica. O sistema de detecção de fibra óptica é composta principalmente por laser, fibra de transmissão, elemento de detecção ou área de modulação, detecção de luz e outras peças. Os parâmetros que descrevem as características da onda de luz incluem intensidade, comprimento de onda, fase, estado de polarização, etc. Esses parâmetros podem ser alterados por influências externas na transmissão de fibra óptica. Por exemplo, quando temperatura, tensão, pressão, corrente, deslocamento, vibração, rotação, flexão e quantidade química afetam o caminho óptico, esses parâmetros mudam correspondentemente. A detecção de fibra óptica é baseada na relação entre esses parâmetros e fatores externos para detectar as quantidades físicas correspondentes.
Existem muitos tipos deFonte a laserusado em sistemas de detecção de fibra óptica, que podem ser divididos em duas categorias: coerenteFontes a lasere fontes de luz incoerentes, incoerentesfontes de luzincluem principalmente diodos incandescentes de luz e emissores de luz, e fontes de luz coerentes incluem lasers sólidos, lasers líquidos, lasers a gás,laser semicondutorelaser de fibra. O seguinte é principalmente para oFonte de luz a laseramplamente utilizado no campo de detecção de fibras nos últimos anos: laser de frequência única de largura de linha estreita, laser de frequência de varredura de comprimento de onda único e laser branco.
1.1 Requisitos para largura de linha estreitaFontes de luz a laser
O sistema de detecção de fibra óptica não pode ser separada da fonte do laser, pois a onda de luz do portador de sinal medido, o próprio desempenho da fonte de luz a laser, como estabilidade de energia, largura de linha a laser, ruído de fase e outros parâmetros no sistema de detecção de detecção de detecção de fibra óptica, precisão da detecção, sensibilidade e características de ruído. Nos últimos anos, com o desenvolvimento de sistemas de detecção de fibra óptica de alta resolução de longa distância, academia e indústria apresentaram requisitos mais rigorosos para o desempenho da largura de linha da miniaturização a laser, principalmente em: sinais de retenção de retenção de retronomínios (STELATEMENT STEMAIN (OFD). As vantagens de alta resolução (resolução no nível de milímetro) e alta sensibilidade (até -100 dBm) tornaram -se uma das tecnologias com amplas perspectivas de aplicação na tecnologia de medição e detecção de fibras ópticas distribuídas. O núcleo da tecnologia OFDR é usar a fonte de luz ajustável para obter ajuste de frequência óptica; portanto, o desempenho da fonte do laser determina os principais fatores, como a faixa de detecção do OFD, sensibilidade e resolução. Quando a distância do ponto de reflexão estiver próxima do comprimento da coerência, a intensidade do sinal de batida será exponencialmente atenuada pelo coeficiente τ/τc. Para uma fonte de luz gaussiana com uma forma espectral, a fim de garantir que a frequência de batida tenha mais de 90% de visibilidade, a relação entre a largura da linha da fonte de luz e o comprimento máximo de detecção que o sistema pode atingir é Lmax ~ 0,04vg/f, o que significa que, para uma fibra com um comprimento de 80 km, a largura da linha da luz da luz é menos de 100 hs. Além disso, o desenvolvimento de outras aplicações também apresenta requisitos mais altos para a largura de linha da fonte de luz. Por exemplo, no sistema de hidrofones de fibra óptica, a largura de linha da fonte de luz determina o ruído do sistema e também determina o sinal mínimo mensurável do sistema. No refletor de domínio do tempo óptico de Brillouin (BOTDR), a resolução de medição da temperatura e do estresse é determinada principalmente pela largura de linha da fonte de luz. Em um giroscópio de fibra óptica do ressonador, o comprimento da coerência da onda de luz pode ser aumentado reduzindo a largura da linha da fonte de luz, melhorando assim a finura e a profundidade da ressonância do ressonador, reduzindo a largura da linha do ressonador e garantindo a precisão da medição do gyroptic gy.
1.2 Requisitos para fontes de laser de varredura
O laser de varredura de comprimento de onda único tem desempenho flexível de ajuste do comprimento de onda, pode substituir vários lasers de comprimento de onda fixo de saída, reduzir o custo da construção do sistema, é uma parte indispensável do sistema de detecção de fibra óptica. Por exemplo, na detecção de fibra de gás, diferentes tipos de gases têm diferentes picos de absorção de gás. Para garantir a eficiência da absorção da luz quando o gás de medição é suficiente e alcançar maior sensibilidade à medição, é necessário alinhar o comprimento de onda da fonte de luz de transmissão com o pico de absorção da molécula de gás. O tipo de gás que pode ser detectado é essencialmente determinado pelo comprimento de onda da fonte de luz sensor. Portanto, lasers de largura de linha estreitos com desempenho estável de ajuste de banda larga têm maior flexibilidade de medição em tais sistemas de detecção. Por exemplo, em alguns sistemas de detecção de fibra óptica distribuídos com base na reflexão do domínio de frequência óptica, o laser precisa ser rapidamente varrido periodicamente para obter a detecção coerente de alta precisão e a desmodulação de sinais ópticos, de modo que a taxa de modulação da fonte do laser tem requisitos relativamente altos, e a velocidade de varredura do laser ajustável geralmente é necessária para o laser 10 pm. Além disso, o laser de largura de linha estreita ajustável do comprimento de onda também pode ser amplamente utilizada em LiDAR, sensoriamento remoto a laser e análise espectral de alta resolução e outros campos de detecção. A fim de atender aos requisitos de parâmetros de alto desempenho da largura de banda de ajuste, precisão do ajuste e velocidade de ajuste de lasers de comprimento de onda único no campo da detecção de fibras, o objetivo geral de estudar os lasers de fibra de largura estreita, de alta precisão, é um alcance de onda de alta qualidade, em uma linha de onda de alta e alinhamento, na altura do alinhamento, a base de altura de alinhamento de alinhagem, a partir da altura do alinhamento, é o alinhamento de alinhamento de alinhagem, em busca de um alinhamento de alinhamento, a partir da altura de alinhagem, a serem alinhados, a base de alinhagem, a base de alinhagem, em uma linha de onda, em alta, a altura de alinhamento de alinhagem, na base, a serem utilizadores de altura e a base de alinhagem, a seqüestrar a altura de alinhagem, em busca de Ultra-Sartrow. frequência e poder.
1.3 Demanda por fonte de luz a laser branca
No campo da detecção óptica, o laser de luz branca de alta qualidade é de grande importância para melhorar o desempenho do sistema. Quanto maior a cobertura do espectro do laser de luz branca, mais extensa sua aplicação no sistema de detecção de fibra óptica. Por exemplo, ao usar a grade de fibra Bragg (FBG) para construir uma rede de sensores, análise espectral ou método de correspondência de filtro ajustável pode ser usado para desmodulação. O primeiro usou um espectrômetro para testar diretamente cada comprimento de onda ressonante do FBG na rede. O último usa um filtro de referência para rastrear e calibrar o FBG na detecção, os quais exigem uma fonte de luz de banda larga como uma fonte de luz de teste para o FBG. Como cada rede de acesso ao FBG terá uma certa perda de inserção e possui uma largura de banda de mais de 0,1 nm, a desmodulação simultânea de múltiplas FBG requer uma fonte de luz de banda larga com alta potência e alta largura de banda. Por exemplo, ao usar uma grade de fibra de longo período (LPFG) para detecção, uma vez que a largura de banda de um pico de perda único está na ordem de 10 nm, é necessária uma fonte de luz de amplo espectro com largura de banda suficiente e espectro relativamente plano para caracterizar com precisão suas características de pico ressonantes. Em particular, a grade de fibra acústica (AIFG) construída pela utilização do efeito acouro-óptico pode atingir uma faixa de ajuste de comprimento de onda ressonante de até 1000 nm por meio de ajuste elétrico. Portanto, o teste de grade dinâmico com uma faixa de ajuste tão ultra larga representa um grande desafio para a faixa de largura de banda de uma fonte de luz de amplo espectro. Da mesma forma, nos últimos anos, a grade de fibra de Bragg inclinada também tem sido amplamente utilizada no campo da detecção de fibras. Devido às suas características do espectro de perda de pico múltiplos, a faixa de distribuição do comprimento de onda geralmente pode atingir 40 nm. Seu mecanismo de detecção é geralmente comparar o movimento relativo entre os picos de transmissão múltiplos, por isso é necessário medir completamente seu espectro de transmissão. A largura de banda e a potência da fonte de luz de amplo espectro precisam ser mais altas.
2. Status da pesquisa em casa e no exterior
2.1 Fonte de luz de largura de linha estreita
2.1.1 estreita largura de linha semicondutores distribuiu a laser de feedback
Em 2006, Cliche et al. reduziu a escala MHz de semicondutorDFB Laser(laser de feedback distribuído) à escala KHZ usando o método de feedback elétrico; Em 2011, Kessler et al. Utilizou a cavidade de cristal única de baixa temperatura e alta estabilidade combinada com o controle de feedback ativo para obter saída de laser de largura de linha ultra-narrária de 40 MHz; Em 2013, Peng et al obtiveram uma saída de laser semicondutores com uma largura de linha de 15 kHz usando o método de ajuste de feedback externo de Fabry-Perot (FP). O método de feedback elétrico usou principalmente o feedback da estabilização de frequência de lagos-discurso para fazer a redução da largura de linha do laser da fonte de luz. Em 2010, Bernhardi et al. Produziu 1 cm de alumina FBG dopada com erbio em um substrato de óxido de silício para obter uma saída de laser com uma largura de linha de cerca de 1,7 kHz. No mesmo ano, Liang et al. Utilizou o feedback de auto-injeção da dispersão de Rayleigh para trás formada por um ressonador de parede de eco alto para compressão de largura de linha de laser semicondutores, como mostra a Figura 1 e, finalmente, obteve uma saída de laser de largura de linha estreita de 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagrama da compressão de largura de linha a laser semicondutores com base na dispersão de auto-injeção Rayleigh do ressonador de modo de galeria de sussurros externos;
(b) espectro de frequência do laser semicondutor de corrida livre com largura de linha de 8 MHz;
(c) Espectro de frequência do laser com largura de linha compactada para 160 Hz
2.1.2 Laser de fibra de largura de linha estreita
Para lasers de fibra de cavidade linear, a saída de laser de largura de linha estreita do modo longitudinal único é obtido reduzindo o comprimento do ressonador e aumentando o intervalo do modo longitudinal. Em 2004, Spiegelberg et al. obteve uma única saída de laser de largura de linha estreita longitudinal com uma largura de linha de 2 kHz usando o método de cavidade curta DBR. Em 2007, Shen et al. Utilizou uma fibra de silicone de 2 cm de 2 cm para escrever FBG em uma fibra fotossensível co-dopada da BI-GE e fundiu-a com uma fibra ativa para formar uma cavidade linear compacta, tornando sua largura da linha de saída a laser menor que 1 kHz. Em 2010, Yang et al. Utilizou uma cavidade linear curta altamente dopada de 2 cm combinada com um filtro FBG de banda estreita para obter uma única saída de laser de modo longitudinal com uma largura de linha inferior a 2 kHz. Em 2014, a equipe usou uma cavidade linear curta (ressonador de anel dobrado virtual) combinado com um filtro FBG-FP para obter uma saída de laser com uma largura mais estreita da linha, como mostra a Figura 3. Em 2012, Cai et al. Utilizou uma estrutura de cavidade curta de 1,4 cm para obter uma saída de laser polarizador com uma potência de saída superior a 114 MW, um comprimento de onda central de 1540,3 nm e uma largura de linha de 4,1 kHz. Em 2013, Meng et al. Utilizou a espalhamento de Brillouin da fibra dopada com erbio com uma cavidade curta de um dispositivo de preservação de um polarização total para obter um modo único de longudinal, saída de laser de ruído de baixa fase com uma potência de saída de 10 MW. Em 2015, a equipe usou uma cavidade anel composta por fibra de 45 cm dopada de erbio como o meio de ganho de espalhamento Brillouin para obter uma saída de laser de largura de linha de baixo limiar e estreita.
Fig. 2 (a) Desenho esquemático do laser de fibra SLC;
(b) Linhanha do sinal heterodino medido com atraso de fibra de 97,6 km
Hora de postagem: Nov-20-2023