Lesa orisun ọna ẹrọ funokun opitikaoye Apá Ọkan
Imọ-ẹrọ imọ-ara okun oju-ọna jẹ iru imọ-ẹrọ imọ-ẹrọ ti o ni idagbasoke pẹlu imọ-ẹrọ fiber opiti ati imọ-ẹrọ ibaraẹnisọrọ fiber opiti, ati pe o ti di ọkan ninu awọn ẹka ti o ṣiṣẹ julọ ti imọ-ẹrọ fọtoelectric. Eto imọ okun opitika jẹ pataki ti lesa, okun gbigbe, ipin oye tabi agbegbe awose, wiwa ina ati awọn ẹya miiran. Awọn paramita ti n ṣapejuwe awọn abuda ti igbi ina pẹlu kikankikan, gigun gigun, ipele, ipo polarization, bbl Awọn ayeraye wọnyi le yipada nipasẹ awọn ipa ita ni gbigbe okun opiti. Fun apẹẹrẹ, nigbati iwọn otutu, igara, titẹ, lọwọlọwọ, iṣipopada, gbigbọn, yiyi, atunse ati opoiye kemikali kan ni ipa ọna opopona, awọn paramita wọnyi yipada ni ibamu. Imọye fiber opitika da lori ibatan laarin awọn paramita wọnyi ati awọn ifosiwewe ita lati ṣawari awọn iwọn ti ara ti o baamu.
Nibẹ ni o wa ọpọlọpọ awọn orisi tiorisun lesati a lo ninu awọn ọna ṣiṣe oye okun opitika, eyiti o le pin si awọn ẹka meji: isokanawọn orisun lesaati awọn orisun ina aiṣedeede, aijọpọawọn orisun inanipataki pẹlu ina Ohu ati awọn diodes ti njade ina, ati awọn orisun ina isọpọ pẹlu awọn lesa to lagbara, awọn lesa olomi, awọn ina gaasi,semikondokito lesaatiokun lesa. Awọn wọnyi ni o kun fun awọnorisun ina lesati a lo pupọ ni aaye ti oye okun ni awọn ọdun aipẹ: iwọn laini dín lesa igbohunsafẹfẹ ẹyọkan, okun-ipo gigun kan lesa igbohunsafẹfẹ ati lesa funfun.
1.1 Awọn ibeere fun laini ila dínawọn orisun ina lesa
Eto oye fiber opitika ko le yapa lati orisun ina lesa, bi iwọn igbi ina ti ngbe ifihan agbara, orisun ina ina lesa funrararẹ, gẹgẹbi iduroṣinṣin agbara, laini laini laser, ariwo alakoso ati awọn aye miiran lori ijinna wiwa eto wiwa okun opitika, wiwa. išedede, ifamọ ati ariwo abuda mu a decisive ipa. Ni awọn ọdun aipẹ, pẹlu idagbasoke ti awọn ọna ṣiṣe oye okun opitika giga-gigun gigun, ile-ẹkọ giga ati ile-iṣẹ ti fi awọn ibeere stringent siwaju sii fun iṣẹ laini laini ti miniaturization laser, nipataki ni: imọ-ẹrọ agbegbe igbohunsafẹfẹ opitika (OFDR) nlo isokan. imọ ẹrọ wiwa lati ṣe itupalẹ awọn ifihan agbara tuka backrayleigh ti awọn okun opiti ni agbegbe igbohunsafẹfẹ, pẹlu agbegbe jakejado (ẹgbẹẹgbẹrun awọn mita). Awọn anfani ti ipinnu giga (ipinnu ipele-milimita) ati ifamọ giga (to -100 dBm) ti di ọkan ninu awọn imọ-ẹrọ pẹlu awọn ireti ohun elo jakejado ni wiwọn okun opiti pinpin ati imọ-ẹrọ oye. Ipilẹ ti imọ-ẹrọ OFDR ni lati lo orisun ina ti o le yipada lati ṣaṣeyọri iṣatunṣe igbohunsafẹfẹ opitika, nitorinaa iṣẹ ti orisun ina lesa pinnu awọn ifosiwewe bọtini gẹgẹbi ibiti wiwa OFDR, ifamọ ati ipinnu. Nigbati aaye itọkasi ba sunmo gigun isọdọkan, kikankikan ti ifihan lilu yoo jẹ idinku ni afikun nipasẹ iyeida τ/τc. Fun orisun ina Gaussian kan pẹlu apẹrẹ irisi, lati rii daju pe igbohunsafẹfẹ lu ni diẹ sii ju 90% hihan, ibatan laarin iwọn ila ti orisun ina ati ipari oye ti o pọju ti eto le ṣaṣeyọri ni Lmax ~ 0.04vg. / f, eyi ti o tumọ si pe fun okun pẹlu ipari ti 80 km, iwọn ila ti orisun ina jẹ kere ju 100 Hz. Ni afikun, idagbasoke awọn ohun elo miiran tun gbe awọn ibeere ti o ga julọ siwaju sii fun ila ila ti orisun ina. Fun apẹẹrẹ, ninu eto hydrophone fiber opitika, ila ila ti orisun ina pinnu ariwo eto ati tun pinnu ifihan agbara iwọnwọn ti eto naa. Ni Brillouin optical time domain reflector (BOTDR), ipinnu wiwọn ti iwọn otutu ati aapọn jẹ ipinnu nipataki nipasẹ ila ila ti orisun ina. Ninu gyro fiber optic resonator, ipari isọdọkan ti igbi ina le pọ si nipa idinku iwọn ila ti orisun ina, nitorinaa imudarasi itanran ati ijinle resonance ti resonator, idinku iwọn ila ti resonator, ati aridaju wiwọn išedede ti awọn okun opitiki gyro.
1.2 Awọn ibeere fun awọn orisun ina lesa
Lesa gbigba wefulenti ẹyọkan ni iṣẹ ṣiṣe iṣatunṣe wefulenti rirọ, le rọpo ọpọlọpọ iṣelọpọ awọn ina lesa gigun gigun ti o wa titi, dinku idiyele ti ikole eto, jẹ apakan ti ko ṣe pataki ti eto oye okun opitika. Fun apẹẹrẹ, ni wiwa okun gaasi wa kakiri, awọn iru gaasi oriṣiriṣi ni awọn oke giga gbigba gaasi oriṣiriṣi. Lati le rii daju ṣiṣe imudani ina nigbati gaasi wiwọn ba to ati ṣaṣeyọri ifamọ wiwọn ti o ga, o jẹ dandan lati ṣe deede gigun gigun ti orisun ina gbigbe pẹlu tente gbigba gbigba ti moleku gaasi. Iru gaasi ti o le rii ni pataki ni ipinnu nipasẹ iwọn gigun ti orisun ina oye. Nitorinaa, awọn lesa laini iwọn dín pẹlu iṣẹ isọdọtun àsopọmọBurọọdubandi iduroṣinṣin ni irọrun wiwọn ti o ga julọ ni iru awọn eto oye. Fun apẹẹrẹ, ni diẹ ninu awọn eto imọ okun opiti pinpin ti o da lori iṣaro ipo igbohunsafẹfẹ opitika, lesa nilo lati wa ni iyara lorekore lati ṣaṣeyọri wiwa ibaramu ti o ga julọ ati ilọkuro ti awọn ifihan agbara opiti, nitorinaa oṣuwọn modulation ti orisun ina lesa ni awọn ibeere to ga julọ. , ati iyara gbigba ti lesa adijositabulu nigbagbogbo nilo lati de 10 pm / μs. Ni afikun, lesa laini iwọn gigun gigun gigun tun le ṣee lo ni lilo pupọ ni liDAR, oye latọna jijin laser ati itupalẹ iwoye ti o ga ati awọn aaye oye miiran. Lati le pade awọn ibeere ti awọn aye iṣẹ giga ti bandiwidi yiyi, iṣatunṣe atunṣe ati iyara yiyi ti awọn lasers igbọnwọ ẹyọkan ni aaye ti oye okun, ibi-afẹde gbogbogbo ti kikọ ẹkọ awọn lesa okun dín-iwọn ni awọn ọdun aipẹ ni lati ṣaṣeyọri giga- Yiyi konge ni iwọn gigun ti o tobi julọ lori ipilẹ ti ilepa laini laini lesa ultra-dín, ariwo alakoso-kekere, ati igbohunsafẹfẹ iṣelọpọ iduroṣinṣin olekenka ati agbara.
1.3 Ibeere fun orisun ina lesa funfun
Ni aaye ti oye opiti, ina lesa ina funfun ti o ga julọ jẹ pataki nla lati mu iṣẹ ṣiṣe ti eto naa dara. Iwọn agbegbe iwoye ti lesa ina funfun, diẹ sii ni ohun elo rẹ ti o pọ si ni eto oye okun opitika. Fun apẹẹrẹ, nigba lilo fiber Bragg grating (FBG) lati kọ nẹtiwọọki sensọ kan, itupalẹ iwoye tabi ọna ibaamu àlẹmọ tunable le ṣee lo fun demodulation. Awọn tele lo a spectrometer lati taara idanwo kọọkan FBG resonant wefulenti ninu awọn nẹtiwọki. Igbẹhin naa nlo àlẹmọ itọkasi lati tọpa ati ṣe iwọn FBG ni oye, mejeeji ti o nilo orisun ina gbooro bi orisun ina idanwo fun FBG. Nitoripe nẹtiwọọki wiwọle FBG kọọkan yoo ni pipadanu ifibọ kan, ati pe o ni bandiwidi ti o ju 0.1 nm, demodulation nigbakanna ti ọpọ FBG nilo orisun ina gbooro pẹlu agbara giga ati bandiwidi giga. Fun apẹẹrẹ, nigba lilo grating fiber igba pipẹ (LPFG) fun oye, niwọn bi bandiwidi ti tente pipadanu ẹyọkan wa ni aṣẹ ti 10 nm, orisun ina ti o gbooro pẹlu bandiwidi ti o to ati iwoye alapin ni a nilo lati ṣe apejuwe deede rẹ resonant tente abuda. Ni pataki, grating okun akositiki (AIFG) ti a ṣe nipasẹ lilo ipa-optical acousto-optical le ṣaṣeyọri iwọn yiyi ti iwọn gigun resonant titi di 1000 nm nipasẹ yiyi itanna. Nitorinaa, idanwo grating ti o ni agbara pẹlu iru iwọn isọdọtun jakejado pupọ jẹ ipenija nla si iwọn bandiwidi ti orisun ina-julọ. Bakanna, ni awọn ọdun aipẹ, tilted Bragg fiber grating tun ti ni lilo pupọ ni aaye ti oye okun. Nitori awọn abuda spekitiriumu pipadanu pupọ-pupọ rẹ, iwọn pinpin gigun le nigbagbogbo de 40 nm. Ẹrọ imọ-ara rẹ nigbagbogbo jẹ lati ṣe afiwe gbigbe ibatan laarin awọn oke gbigbe lọpọlọpọ, nitorinaa o jẹ dandan lati wiwọn julọ.Oniranran gbigbe rẹ patapata. Bandiwidi ati agbara ti orisun ina julọ.Oniranran ni a nilo lati ga julọ.
2. Ipo iwadi ni ile ati odi
2.1 Orisun ina ina lesa ila ila ila
2.1.1 dín linewidth semikondokito pin esi lesa
Ni ọdun 2006, Cliche et al. dinku iwọn MHz ti semikondokitoDFB lesa(pin esi lesa) to kHz asekale lilo itanna esi ọna; Ni ọdun 2011, Kessler et al. ti a lo iwọn otutu kekere ati iduroṣinṣin giga iho garawa kan ni idapo pẹlu iṣakoso esi ti nṣiṣe lọwọ lati gba iṣelọpọ laini iwọn ila-oorun ti 40 MHz; Ni ọdun 2013, Peng et al gba abajade laser semikondokito pẹlu ila ila ti 15 kHz nipa lilo ọna ti atunṣe esi Fabry-Perot (FP) ita. Ọna esi itanna ni akọkọ lo awọn esi imuduro igbohunsafẹfẹ Pond-Drever-Hall lati jẹ ki ila ila ila ina ti orisun ina dinku. Ni ọdun 2010, Bernhardi et al. ṣe agbejade 1 cm ti erbium-doped alumina FBG lori sobusitireti ohun elo afẹfẹ silikoni lati gba iṣelọpọ laser kan pẹlu iwọn laini ti o to 1.7 kHz. Ni ọdun kanna, Liang et al. ti lo awọn esi abẹrẹ ti ara ẹni ti ẹhin Rayleigh tituka ti a ṣẹda nipasẹ atunṣe odi iwoyi giga-Q fun titẹkuro ila-iwọn laser semikondokito, bi o ṣe han ni Nọmba 1, ati nikẹhin gba abajade laini iwọn ila-orin dín ti 160 Hz.
aworan 1 (a) Aworan atọka ti semikondokito laser laini iwọn funmorawon ti o da lori ara-abẹrẹ Rayleigh tituka ti ita whispering gallery mode resonator;
(b) Igbohunsafẹfẹ igbohunsafẹfẹ ti laser semikondokito ti nṣiṣẹ ọfẹ pẹlu laini ila ti 8 MHz;
(c) Igbohunsafẹfẹ ti lesa pẹlu laini fisinuirindigbindigbin si 160 Hz
2.1.2 Laini okun okun lesa dín
Fun awọn lasers okun iho laini, iṣelọpọ laini ila ila ila opin ti ipo gigun kan ni a gba nipasẹ kikuru ipari ti resonator ati jijẹ aarin ipo gigun. Ni ọdun 2004, Spiegelberg et al. gba ipo gigun kan dín laini iwọn ila laser ti o wa pẹlu laini ila ti 2 kHz nipa lilo ọna iho kukuru DBR. Ni ọdun 2007, Shen et al. lo okun erbium-doped silikoni 2 cm ti o wuwo lati kọ FBG lori okun fọtosensifiti àjọ-doped Bi-Ge, o si dapọ pẹlu okun ti nṣiṣe lọwọ lati ṣe iho laini iwapọ, ti o jẹ ki iwọn laini iṣelọpọ laser rẹ kere ju 1 kHz. Ni ọdun 2010, Yang et al. lo iho laini kukuru 2cm ti o ga pupọ ni idapo pẹlu àlẹmọ FBG narrowband lati gba abajade laser ipo gigun kan pẹlu iwọn laini ti o kere ju 2 kHz. Ni ọdun 2014, ẹgbẹ naa lo iho laini kukuru (foju ti ṣe pọ oruka resonator) ni idapo pelu FBG-FP àlẹmọ lati gba abajade laser pẹlu iwọn ila ti o dín, bi a ṣe han ni Nọmba 3. Ni 2012, Cai et al. lo ọna iho kukuru 1.4cm lati gba iṣelọpọ ina lesa polarizing pẹlu agbara iṣelọpọ ti o tobi ju 114 mW, gigun gigun ti 1540.3 nm, ati iwọn laini ti 4.1 kHz. Ni ọdun 2013, Meng et al. ti a lo Brillouin tituka ti okun erbium-doped pẹlu iho oruka oruka kukuru kan ti ohun elo ti o tọju ojuṣaaju kikun lati gba ipo gigun-gun kan, iṣelọpọ ariwo ariwo kekere-kekere pẹlu agbara iṣelọpọ ti 10 mW. Ni ọdun 2015, ẹgbẹ naa lo iho oruka kan ti o jẹ ti 45 cm erbium-doped fiber bi Brillouin tituka ere alabọde lati gba ala-ilẹ kekere ati itusilẹ laini ila ila opin.
Aworan 2 (a) iyaworan Sikematiki ti okun laser SLC;
(b) Apẹrẹ ila ti ifihan heterodyne ti a ṣe iwọn pẹlu 97.6 km idaduro okun
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu kọkanla-20-2023