Imọ-ẹrọ orisun ina lesa funokùn opitikarírí Apá Kìíní
Ìmọ̀ ẹ̀rọ sensọ optical fiber jẹ́ irú ìmọ̀ ẹ̀rọ sensọ tí a ṣe pẹ̀lú ìmọ̀ ẹ̀rọ optical fiber àti ìmọ̀ ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ optical fiber, ó sì ti di ọ̀kan lára àwọn ẹ̀ka ìmọ̀ ẹ̀rọ photoelectric tí ó ń ṣiṣẹ́ jùlọ. Ètò sensọ optical fiber jẹ́ èyí tí ó ní lésà, okùn ìfàsẹ́yìn, ohun èlò ìmọ̀lára tàbí agbègbè ìṣàtúnṣe, ìwárí ìmọ́lẹ̀ àti àwọn apá mìíràn. Àwọn paramita tí ó ń ṣàpèjúwe àwọn ànímọ́ ìgbì ìmọ́lẹ̀ ní agbára, ìgbì, ìpele, ipò polarization, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Àwọn paramita wọ̀nyí lè yípadà nípasẹ̀ àwọn ipa òde nínú ìfàsẹ́yìn okùn optical. Fún àpẹẹrẹ, nígbà tí ìwọ̀n otútù, ìdàrúdàpọ̀, ìfúnpá, ìṣàn, ìyípadà, ìtẹ̀síwájú àti iye kẹ́míkà bá ipa ọ̀nà optical mu, àwọn paramita wọ̀nyí yípadà ní ìbámu pẹ̀lú. Sensing okùn optical da lórí ìbáṣepọ̀ láàrín àwọn paramita wọ̀nyí àti àwọn ohun tí ó wà ní òde láti ṣàwárí àwọn iye ti ara tí ó báramu.
Ọpọlọpọ awọn iruorisun lesatí a ń lò nínú àwọn ètò ìfọkànsí okùn optical, èyí tí a lè pín sí ẹ̀ka méjì:awọn orisun lesaàti àwọn orísun ìmọ́lẹ̀ tí kò dọ́gba, tí kò dọ́gbaawọn orisun inaní pàtàkì pẹ̀lú ìmọ́lẹ̀ incandescent àti àwọn diode tí ń tú ìmọ́lẹ̀ jáde, àti àwọn orísun ìmọ́lẹ̀ tí ó sopọ̀ mọ́ra pẹ̀lú àwọn lesa líle, lesa omi, lesa gaasi,lesa semikondokitaàtilésà okùnÀwọn àtẹ̀lé yìí jẹ́ pàtàkì fúnorisun ina lesaa lo o ni lilo pupọ ni aaye wiwa okun ni awọn ọdun aipẹ yii: iwọn ila tooro ti ina lesa igbohunsafẹfẹ kan, lesa igbohunsafẹfẹ igbi-kan ati lesa funfun.
1.1 Àwọn ohun tí a nílò fún ìbú ìlà tóóróawọn orisun ina lesa
A kò le ya eto sensọ okun opitika kuro ninu orisun lesa, nitori pe igbi ina ti a wọn, iṣẹ orisun ina lesa funrararẹ, gẹgẹbi iduroṣinṣin agbara, iwọn ila lesa, ariwo ipele ati awọn paramita miiran lori ijinna wiwa eto okun opitika, deede wiwa, ifamọ ati awọn abuda ariwo ṣe ipa pataki. Ni awọn ọdun aipẹ, pẹlu idagbasoke awọn eto sensọ okun opitika gigun-giga giga, awọn ile-ẹkọ giga ati ile-iṣẹ ti gbe awọn ibeere ti o muna siwaju sii fun iṣẹ widthwidth ti miniaturization lesa, ni pataki ninu: imọ-ẹrọ igbohunsafẹfẹ igbohunsafẹfẹ agbegbe opitika (OFDR) nlo imọ-ẹrọ wiwa ti o ni ibamu lati ṣe itupalẹ awọn ifihan agbara ti o tuka ti awọn okun opitika backrayleigh ni agbegbe igbohunsafẹfẹ, pẹlu agbegbe ti o gbooro (ẹgbẹẹgbẹrun awọn mita). Awọn anfani ti ipinnu giga (ipinnu ipele milimita) ati ifamọ giga (titi de -100 dBm) ti di ọkan ninu awọn imọ-ẹrọ pẹlu awọn ireti ohun elo jakejado ninu wiwọn okun opitika pinpin ati imọ-ẹrọ sensọ. Koko-ọrọ ti imọ-ẹrọ OFDR ni lati lo orisun ina ti a le tunṣe lati ṣaṣeyọri atunṣe igbohunsafẹfẹ opitika, nitorinaa iṣẹ orisun lesa pinnu awọn ifosiwewe pataki bii ibiti wiwa OFDR, ifamọ ati ipinnu. Tí ìjìnnà ojú ìṣàfihàn bá sún mọ́ gígùn ìṣọ̀kan, agbára àmì ìlù náà yóò dínkù gidigidi nípasẹ̀ ìṣàfilọ́lẹ̀ τ/τc. Fún orísun ìmọ́lẹ̀ Gaussian pẹ̀lú ìrísí ìrísí, láti rí i dájú pé ìgbìnnà ìlù náà ní ìrísí tó ju 90% lọ, ìbáṣepọ̀ láàárín ìbú ìlà orísun ìmọ́lẹ̀ àti gígùn ìmòye tó pọ̀ jùlọ tí ètò náà lè ṣe ni Lmax~0.04vg/f, èyí tí ó túmọ̀ sí wípé fún okùn tí ó ní gígùn 80 km, ìbú ìlà orísun ìmọ́lẹ̀ náà kéré sí 100 Hz. Ní àfikún, ìdàgbàsókè àwọn ohun èlò míràn tún gbé àwọn ohun tí ó ga jù kalẹ̀ fún ìbú ìlà orísun ìmọ́lẹ̀. Fún àpẹẹrẹ, nínú ètò hydrophone okùn okùn okùn okùn, ìbú ìlà orísun ìmọ́lẹ̀ náà ń pinnu ariwo ètò náà ó sì tún ń pinnu àmì tí ó kéré jùlọ tí a lè wọ̀n ti ètò náà. Nínú Brillouin optic time domain reflector (BOTDR), ìpinnu ìwọ̀n otutu àti wahala ni a ń pinnu ní pàtàkì nípa ìbú ìlà orísun ìmọ́lẹ̀. Nínú gyro optic resonator fiber gyro, a lè mú kí gígùn ìṣọ̀kan ìgbì ìmọ́lẹ̀ pọ̀ sí i nípa dídín ìwọ̀n ìlà orísun ìmọ́lẹ̀ kù, nípa bẹ́ẹ̀, a lè mú kí dídánmọ́rán àti ìjìnlẹ̀ resonator sunwọ̀n sí i, a lè dín ìwọ̀n ìlà resonator kù, a sì lè rí i dájú pé gyro optic fiber gyro náà péye.
1.2 Awọn ibeere fun awọn orisun lesa fifọ
Lésà ìgbìn kan ṣoṣo ní iṣẹ́ ṣíṣe àtúnṣe ìgbìn gígùn tó rọrùn, ó lè rọ́pò ọ̀pọ̀ àwọn lésà ìgbìn gígùn tó wà nílẹ̀, ó dín iye owó ìkọ́lé ètò kù, ó sì jẹ́ apá pàtàkì nínú ètò ìfọ́mọ́ra okùn optical. Fún àpẹẹrẹ, nínú ìfọ́mọ́ra okùn gaasi, oríṣiríṣi àwọn gaasi ní oríṣiríṣi àwọn òkè gíga ìfàmọ́ra gaasi. Láti rí i dájú pé agbára ìfàmọ́ra ìmọ́lẹ̀ nígbà tí gaasi ìwọ̀n bá tó àti láti ṣe àṣeyọrí ìfàmọ́ra ìwọ̀n tó ga, ó ṣe pàtàkì láti ṣe àtúnṣe ìgbìnra orísun ìmọ́lẹ̀ ìfàmọ́ra pẹ̀lú òkè gíga ìfàmọ́ra ti molecule gaasi. Irú gaasi tí a lè rí ni a ń pinnu ní pàtàkì nípa ìgbìnra orísun ìmọ́lẹ̀ ìfàmọ́ra. Nítorí náà, àwọn lésà ìgbìn ìlà tóóró pẹ̀lú iṣẹ́ ṣíṣe àtúnṣe broadband ní ìyípadà ìwọ̀n tó ga jùlọ nínú irú àwọn ètò ìfọ́mọ́ra bẹ́ẹ̀. Fún àpẹẹrẹ, nínú àwọn ètò ìfọ́mọ́ra okùn optical kan tí a pín káàkiri tí ó dá lórí ìfọ́mọ́ra agbègbè ìgbìn ojú, ó nílò láti máa gbá lésà náà kíákíá láti ṣe àwárí ìṣọ̀kan gíga àti ìtúpalẹ̀ àwọn àmì optical, nítorí náà ìwọ̀n ìyípadà orísun lésà ní àwọn ohun tí ó ga jù, àti pé iyára ìfàmọ́ra ti lésà tí a lè ṣe àtúnṣe sábà máa ń nílò láti dé 10 pm/μs. Ní àfikún, a tún lè lo lésà ìlà ìlà gígùn tí a lè tún lò ní liDAR, lésà ìjìnnà ìjìnnà àti ìṣàyẹ̀wò ìwòran gíga àti àwọn pápá ìfọkànsí mìíràn. Láti lè bá àwọn ohun tí a nílò fún àwọn pàrámítà iṣẹ́ gíga ti títúnṣe bandwidth, títúnṣe déédé àti títúnṣe iyára àwọn lésà oní-wavelength kan nínú pápá ìfọkànsí okùn mu, góńgó gbogbogbò ti kíkẹ́kọ̀ọ́ lésà oní-wavelength tí a lè túnṣe ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí ni láti ṣe àṣeyọrí títúnṣe gíga ní ìwọ̀n ìgbìnnà gíga tí ó ga lórí ìpìlẹ̀ títẹ̀lé ìlà ìlà laser ultra-narrow, ariwo ìpele ultra-low, àti ìgbóhùnjáde ultra-stable àti agbára.
1.3 Ìbéèrè fún orísun ìmọ́lẹ̀ lésà funfun
Nínú ẹ̀ka ìmọ̀-ẹ̀rọ, lésà ìmọ́lẹ̀ funfun tó ga jùlọ ṣe pàtàkì láti mú iṣẹ́ ètò náà sunwọ̀n síi. Bí ìbòrí ìmọ́lẹ̀ funfun ṣe gbòòrò tó, bẹ́ẹ̀ náà ni lílò rẹ̀ ṣe gbòòrò tó nínú ẹ̀rọ ìmọ̀-ẹ̀rọ optical fiber. Fún àpẹẹrẹ, nígbà tí a bá ń lo fiber Bragg grating (FBG) láti kọ́ nẹ́tíwọ́ọ̀kì sensọ̀, a lè lo ọ̀nà ìṣàfihàn àlẹ̀mọ́ tàbí ọ̀nà ìbáramu àlẹ̀mọ́ tí a lè yí padà fún ìtújáde. Èyí àkọ́kọ́ lo spectrometer láti dán gbogbo ìgbì omi ìró FBG wò ní tààràtà. Èyí kejì ń lo àlẹ̀mọ́ ìtọ́kasí láti tọ́pasẹ̀ àti ṣe àtúnṣe FBG nínú ìṣàfihàn, àwọn méjèèjì nílò orísun ìmọ́lẹ̀ broadband gẹ́gẹ́ bí orísun ìmọ́lẹ̀ ìdánwò fún FBG. Nítorí pé nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìwọlé FBG kọ̀ọ̀kan yóò ní àdánù ìfisí kan pàtó, ó sì ní bandwidth tó ju 0.1 nm lọ, ìtújáde FBG púpọ̀ ní àkókò kan náà nílò orísun ìmọ́lẹ̀ broadband pẹ̀lú agbára gíga àti bandwidth gíga. Fún àpẹẹrẹ, nígbà tí a bá ń lo àwọ̀n gíláàsì okùn gígùn (LPFG) fún ìmòye, nítorí pé àwọ̀n gíláàsì okùn kan ṣoṣo jẹ́ ní ìtòsí 10 nm, orísun ìmọ́lẹ̀ onípele-ìwọ̀n tó pọ̀ tó pẹ̀lú àwọ̀n gíláàsì tó péye àti àwọ̀n gíláàsì tó tẹ́jú ni a nílò láti ṣe àpèjúwe àwọn ànímọ́ òkè resonant rẹ̀ dáadáa. Ní pàtàkì, àwọ̀n gíláàsì okùn acousto-optical (AIFG) tí a ṣe nípa lílo agbára acousto-optical lè ṣe àṣeyọrí ìwọ̀n ìlà resonant tó tó 1000 nm nípa lílo àtúnṣe iná mànàmáná. Nítorí náà, ìdánwò àwọ̀n dynamic grating pẹ̀lú irú àwọ̀n gíláàsì tó gùn-ún yìí jẹ́ ìpèníjà ńlá sí ìwọ̀n ìlà resonant ti orísun ìmọ́lẹ̀ onípele-ìwọ̀n. Bákan náà, ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, àwọ̀n gíláàsì okùn Bragg tí a ti tì pẹ̀lú ni a ti lò ní gbogbogbòò ní ẹ̀ka ìmòye okùn. Nítorí àwọn ànímọ́ gíláàsì okùn multi-peak rẹ̀, ìwọ̀n ìpínkiri ìgbìn lè dé 40 nm. Ọ̀nà ìmòye rẹ̀ sábà máa ń jẹ́ láti fi ìṣípopọ̀ ìbáramu wéra láàárín àwọn òkè transmission tó pọ̀, nítorí náà ó ṣe pàtàkì láti wọn àwọ̀n gíláàsì transmission rẹ̀ pátápátá. A nílò kí àwọ̀n gíláàsì okùn spectrum àti agbára orísun ìmọ́lẹ̀ onípele-ìwọ̀n ga sí i.
2. Ipò ìwádìí nílé àti lókè òkun
2.1 Orísun ìmọ́lẹ̀ lésà tí ó ní ìwọ̀n ìlà tóóró
2.1.1 Lésà onífọ́tò onífọ́tò onífọ́tò onífọ́tò onífọ́tò onífọ́tò onífọ́tò onífọ́tò
Ní ọdún 2006, Cliche àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ dín ìwọ̀n MHz ti semiconductor kù.Lésà DFB(lésà ìdáhùn tí a pín kiri) sí ìwọ̀n kHz nípa lílo ọ̀nà ìdáhùn iná mànàmáná; Ní ọdún 2011, Kessler àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo ihò kírísítà kan ṣoṣo tí ó ní iwọ̀n otútù kékeré àti ìdúróṣinṣin gíga tí a so pọ̀ mọ́ ìṣàkóso ìdáhùn tí ń ṣiṣẹ́ láti gba ìjáde lésà ìlà tí ó ní ìlà tí ó dínkù ti 40 MHz; Ní ọdún 2013, Peng àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ gba ìjáde lésà semiconductor kan pẹ̀lú ìlà tí ó ní 15 kHz nípa lílo ọ̀nà àtúnṣe ìdáhùn Fabry-Perot (FP) tí ó wà níta. Ọ̀nà ìdáhùn ìdáhùn iná mànàmáná náà lo ìjáde ìdáhùn ìdúróṣinṣin ìgbàlódé Pond-Drever-Hall láti jẹ́ kí ìlà tí ó ní mànàmáná dínkù. Ní ọdún 2010, Bernhardi àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ ṣe 1 cm ti alumina FBG tí a fi erbium ṣe lórí ohun èlò silicon oxide láti gba ìjáde lésà pẹ̀lú ìwọ̀n ìlà tí ó tó 1.7 kHz. Ní ọdún kan náà, Liang àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀. lo àbájáde ìfúnpọ̀ ara-ẹni ti ìtúpalẹ̀ Rayleigh tí a ṣe nípasẹ̀ ohun èlò ìró ohùn gíga Q fún ìfúnpọ̀ ìlà-ìwọ̀n laser semiconductor, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 1, nígbẹ̀yìn-gbẹ́yín ó gba ìṣẹ̀dá laser oníwọ̀n ìlà-ìwọ̀n ti 160 Hz.
Àwòrán 1 (a) Àwòrán ìfúnpọ̀ ìlà-ìwọ̀n lésà semiconductor tí ó dá lórí ìtúpalẹ̀ Rayleigh ti ìfọ́ ara-ẹni ti àtúnsọ àwòrán àwòrán ìta tí ń dún bí ẹni pé ó wà níta;
(b) Ìwọ̀n ìgbà tí a lè fi lésà semiconductor tí ń ṣiṣẹ́ lọ́fẹ̀ẹ́ pẹ̀lú ìbú ìlà 8 MHz;
(c) Ìwọ̀n ìgbìyànjú ti lésà pẹ̀lú ìbú ìlà tí a ti tẹ̀ mọ́ 160 Hz
2.1.2 Lésà okùn tóóró tí ó ní ìwọ̀n ìlà tóóró
Fún àwọn lésà okùn linear cave, àbájáde lésà okùn linear ti o dín ti mode longitudinal kan ṣoṣo ni a gba nípa kíkúrú gígùn resonator àti mímú longitudinal mode space pọ̀ sí i. Ní ọdún 2004, Spiegelberg àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ gba àbájáde lésà okùn lineidu kan ṣoṣo pẹ̀lú lineidu ti 2 kHz nípa lílo ọ̀nà DBR short cave. Ní ọdún 2007, Shen àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo okùn silikoni erbium tí ó ní 2 cm tí ó lágbára láti kọ FBG sórí okùn photosensitive Bi-Ge, wọ́n sì fi okùn tí ń ṣiṣẹ́ pọ̀ mọ́ ọn láti ṣẹ̀dá ihò linear tí ó kéré, èyí tí ó mú kí ìwọ̀n ìlà output laser rẹ̀ kéré sí 1 kHz. Ní ọdún 2010, Yang àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo ihò linear kukuru tí ó ní 2cm tí a so pọ̀ mọ́ àlẹ̀mọ́ FBG láti gba àbájáde lésà okùn longidu kan pẹ̀lú ìwọ̀n ìlà tí ó kéré sí 2 kHz. Ní ọdún 2014, ẹgbẹ́ náà lo ihò onílà kúkúrú kan (okùn onígun mẹ́rin tí a ti so pọ̀) tí a so pọ̀ mọ́ àlẹ̀mọ́ FBG-FP láti gba ìjáde lésà pẹ̀lú ìwọ̀n ìlà tó kéré sí i, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 3. Ní ọdún 2012, Cai àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo ìṣètò ihò kúkúrú 1.4cm láti gba ìjáde lésà polarizing pẹ̀lú agbára ìjáde tó ju 114 mW lọ, ìwọ̀n gígùn àárín ti 1540.3 nm, àti ìwọ̀n ìlà tó jẹ́ 4.1 kHz. Ní ọdún 2013, Meng àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo ìfọ́ Brillouin ti okùn erbium-doped pẹ̀lú ihò òrùka kúkúrú ti ẹ̀rọ ìpamọ́ full-bias láti gba ìjáde lésà onígun kan ṣoṣo, ìjáde ariwo ìpele kékeré pẹ̀lú agbára ìjáde 10 mW. Ní ọdún 2015, ẹgbẹ́ náà lo ihò òrùka tí a ṣe pẹ̀lú okùn erbium-doped 45 cm gẹ́gẹ́ bí àárín Brillouin scattering gain láti gba ìjáde lésà tó kéré àti ìjáde ìlà tóóró.
Àwòrán 2 (a) Àwòrán onípele ti lésà okùn SLC;
(b) Ìrísí ìlà ti àmì heterodyne tí a wọ̀n pẹ̀lú ìdádúró okùn 97.6 km
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù kọkànlá-20-2023