Teknolojian'ny loharanon'ny laser ho an'nyfibre optikafahatsapana Fizarana Voalohany
Ny teknolojian'ny fitiliana fibre optika dia karazana teknolojia fitiliana novolavolaina niaraka tamin'ny teknolojia fibre optika sy ny teknolojia fifandraisana fibre optika, ary lasa iray amin'ireo sampana mavitrika indrindra amin'ny teknolojia fotoelektrika. Ny rafitra fitiliana fibre optika dia ahitana laser, fibre fandefasana, singa fitiliana na faritra modulation, fitiliana hazavana ary singa hafa. Ny masontsivana mamaritra ny toetran'ny onjan'ny hazavana dia ahitana ny hamafin'ny onjam-pahazavana, ny halavan'ny onjam-pahazavana, ny dingana, ny toetry ny polarization, sns. Ireo masontsivana ireo dia mety hiova noho ny fitaomana ivelany amin'ny fifindran'ny fibre optika. Ohatra, rehefa misy fiantraikany amin'ny lalan'ny optika ny mari-pana, ny fihenjanana, ny tsindry, ny courant, ny fifindran-toerana, ny hovitrovitra, ny fihodinana, ny fiolahana ary ny habetsahana simika, dia miova mifanaraka amin'izany ireo masontsivana ireo. Ny fitiliana fibre optika dia mifototra amin'ny fifandraisana misy eo amin'ireo masontsivana ireo sy ny anton-javatra ivelany mba hamantarana ny habetsahana ara-batana mifandraika amin'izany.
Misy karazana maroloharanon'ny laserampiasaina amin'ny rafitra fandrefesana fibre optika, izay azo zaraina ho sokajy roa: coherentloharano laserary ireo loharanon-jiro tsy mifanaraka, tsy mifanarakaloharanon-jiroNy ankamaroany dia ahitana hazavana incandescent sy diode mamoaka hazavana, ary ny loharanon-jiro mirindra dia ahitana laser solid, laser ranoka, laser entona,laser semiconductorSYlaser fibreIreto manaraka ireto dia natao indrindra ho an'nyloharanon-jiro laserNampiasaina betsaka teo amin'ny sehatry ny fahatsapana fibre tato anatin'ny taona vitsivitsy: laser tokana matetika misy sakany tsipika tery, laser tokana misy halavan'ny onjam-peo ary laser fotsy.
1.1 Fepetra takiana amin'ny sakany teryloharanon-jiro laser
Tsy azo sarahina amin'ny loharanon'ny laser ny rafitra fitiliana fibre optika, satria ny onjan'ny hazavana mpitondra famantarana, ny fahombiazan'ny loharanon'ny hazavana laser, toy ny fahamarinan'ny herinaratra, ny sakany laser, ny tabataba phase ary ny masontsivana hafa amin'ny halavirana fitadiavana, ny fahamarinan'ny fitadiavana, ny fahatsapana ary ny toetran'ny tabataba dia mitana anjara toerana lehibe. Tato anatin'ny taona vitsivitsy, miaraka amin'ny fivoaran'ny rafitra fitiliana fibre optika avo lenta lavitra ezaka, ny akademia sy ny indostria dia nametraka fepetra henjana kokoa ho an'ny fahombiazan'ny sakany laser amin'ny miniaturization, indrindra amin'ny: ny teknolojia optika matetika taratra (OFDR) dia mampiasa teknolojia fitiliana mirindra mba handinihana ny famantarana miparitaka amin'ny backray amin'ny fibre optika ao amin'ny sehatry ny matetika, miaraka amin'ny fandrakofana midadasika (an'arivony metatra). Ny tombony amin'ny famaha avo lenta (famaha avo lenta amin'ny ambaratonga milimetatra) sy ny fahatsapana avo lenta (hatramin'ny -100 dBm) dia lasa iray amin'ireo teknolojia manana fahafahana fampiharana midadasika amin'ny teknolojia fandrefesana sy fitiliana fibre optika mizara. Ny fototry ny teknolojia OFDR dia ny fampiasana loharanon'ny hazavana azo ovaina mba hahazoana fanitsiana matetika optika, noho izany ny fahombiazan'ny loharanon'ny laser dia mamaritra ireo anton-javatra fototra toy ny elanelan'ny fitiliana OFDR, ny fahatsapana ary ny famaha. Rehefa akaiky ny halavan'ny coherence ny elanelan'ny teboka taratra, dia hihena be ny hamafin'ny famantarana kapoka amin'ny alalan'ny coefficient τ/τc. Ho an'ny loharanon-jiro Gaussian manana endrika spectral, mba hahazoana antoka fa mihoatra ny 90% ny fahitana ny matetika kapoka, ny fifandraisana misy eo amin'ny sakany tsipika amin'ny loharanon-jiro sy ny halavan'ny fahatsapana ambony indrindra azon'ny rafitra tratrarina dia Lmax ~ 0.04vg/f, izay midika fa ho an'ny fibre misy halavana 80 km, ny sakany tsipika amin'ny loharanon-jiro dia latsaky ny 100 Hz. Ho fanampin'izany, ny fivoaran'ny fampiharana hafa dia nametraka fepetra takiana ambony kokoa ho an'ny sakany tsipika amin'ny loharanon-jiro. Ohatra, ao amin'ny rafitra hydrophone fibre optika, ny sakany tsipika amin'ny loharanon-jiro dia mamaritra ny tabataban'ny rafitra ary mamaritra ihany koa ny famantarana kely indrindra azo refesina amin'ny rafitra. Ao amin'ny Brillouin optical time domain reflector (BOTDR), ny fandrefesana ny mari-pana sy ny adin-tsaina dia voafaritry ny sakany tsipika amin'ny loharanon-jiro. Ao anatin'ny gyro fibre optique misy resonator, ny halavan'ny coherence an'ny onjam-pahazavana dia azo ampitomboina amin'ny alàlan'ny fampihenana ny sakany tsipika amin'ny loharanon-pahazavana, ka manatsara ny fahadiovan'ny sy ny halaliny amin'ny resonator, mampihena ny sakany tsipika amin'ny resonator, ary miantoka ny fahamarinan'ny fandrefesana ny gyro fibre optique.
1.2 Fepetra takiana amin'ny loharanon'ny laser miparitaka
Ny laser mipaoka onjam-peo tokana dia manana fampisehoana fanitsiana onjam-peo azo ovaina, afaka manolo ny laser onjam-peo raikitra misy vokatra maro, mampihena ny vidin'ny fanamboarana rafitra, ary ampahany tsy azo ihodivirana amin'ny rafitra fitiliana fibre optika. Ohatra, amin'ny fitiliana fibre entona trace, ny karazana entona samihafa dia manana tendrony fidiran'ny entona samihafa. Mba hahazoana antoka ny fahombiazan'ny fidiran'ny hazavana rehefa ampy ny entona fandrefesana ary hahazoana fahatsapana fandrefesana ambony kokoa, dia ilaina ny mampifanaraka ny onjam-peo amin'ny tendrony fidiran'ny molekiolan'ny entona. Ny karazana entona azo tsikaritra dia voafaritry ny onjam-peo amin'ny loharanon'ny hazavana. Noho izany, ny laser tery linewidth miaraka amin'ny fampisehoana fanitsiana broadband marin-toerana dia manana fahaiza-mandrefy ambony kokoa amin'ny rafitra fitiliana toy izany. Ohatra, amin'ny rafitra fitiliana fibre optika mizara sasany mifototra amin'ny taratra domaine optika matetika, ny laser dia mila fafana haingana tsy tapaka mba hahazoana fitiliana coherent avo lenta sy demodulation ny famantarana optika, noho izany dia takiana avo lenta ny tahan'ny modulation an'ny loharanon'ny laser, ary ny hafainganam-pandehan'ny laser azo ovaina dia matetika takiana hahatratra 10 pm/μs. Ankoatra izany, ny laser tery linewidth azo ovaina amin'ny halavan'ny onjam-peo dia azo ampiasaina betsaka amin'ny liDAR, laser remote sensing ary famakafakana spectral avo lenta ary sehatra sensing hafa. Mba hamenoana ny fepetra takian'ny masontsivana avo lenta amin'ny bandwidth tuning, ny fahamarinan'ny tuning ary ny hafainganam-pandehan'ny tuning laser single-wavelength amin'ny sehatry ny fibre sensing, ny tanjona ankapoben'ny fandalinana ny laser fibre tery-width azo ovaina tato anatin'ny taona vitsivitsy dia ny hahazoana tuning avo lenta amin'ny elanelam-potoana lehibe kokoa mifototra amin'ny fanarahana ny linewidth laser ultra-tery, ny tabataba phase ultra-low, ary ny matetika sy ny hery output ultra-stabil.
1.3 Fitakiana loharanon-jiro laser fotsy
Eo amin'ny sehatry ny fitiliana optika, ny laser hazavana fotsy avo lenta dia tena manan-danja tokoa amin'ny fanatsarana ny fahombiazan'ny rafitra. Arakaraka ny maha-malalaka ny fandrakofam-pandrefesana ny laser hazavana fotsy no maha-mivelatra kokoa ny fampiharana azy amin'ny rafitra fitiliana fibre optika. Ohatra, rehefa mampiasa fibre Bragg grating (FBG) hanamboarana tambajotra sensor, dia azo ampiasaina amin'ny demodulation ny famakafakana spectral na ny fomba fampifanarahana sivana azo ovaina. Ny voalohany dia nampiasa spectrometer mba hitsapana mivantana ny halavan'ny onjam-peo resonant FBG tsirairay ao amin'ny tambajotra. Ny faharoa kosa dia mampiasa sivana referansa mba hanaraha-maso sy hanitsiana ny FBG ao amin'ny fitiliana, izay samy mitaky loharanon-jiro broadband ho loharanon-jiro fitsapana ho an'ny FBG. Satria ny tambajotra fidirana FBG tsirairay dia hanana fatiantoka fampidirana sasany, ary manana bandwidth mihoatra ny 0.1 nm, ny demodulation miaraka amin'ny FBG maromaro dia mitaky loharanon-jiro broadband manana hery avo lenta sy bandwidth avo lenta. Ohatra, rehefa mampiasa "long period fiber grating" (LPFG) ho an'ny fitiliana, satria eo amin'ny 10 nm ny bandwidth-n'ny tendrony fatiantoka tokana, dia ilaina ny loharanon-jiro "broad spectrum" manana bandwidth ampy sy spectrum fisaka mba hamantarana tsara ny toetran'ny tendrony resonant. Indrindra indrindra, ny "acoustic fiber grating" (AIFG) namboarina tamin'ny fampiasana vokatra acousto-optical dia afaka mahatratra elanelana fanitsiana ny halavan'ny onjam-peo resonant hatramin'ny 1000 nm amin'ny alàlan'ny fanitsiana elektrika. Noho izany, ny fitsapana "dynamic grating" miaraka amin'ny elanelana fanitsiana ultra-wide toy izany dia mametraka fanamby lehibe amin'ny elanelana bandwidth-n'ny loharanon-jiro "wide spectrum". Toy izany koa, tato anatin'ny taona vitsivitsy, ny "tilted Bragg fiber grating" dia nampiasaina betsaka ihany koa teo amin'ny sehatry ny fitiliana "fibre". Noho ny toetran'ny "multi-peak loss spectrum", ny elanelana fizarana halavan'ny onjam-peo dia matetika mahatratra 40 nm. Ny fomba fitiliana azy dia matetika ny mampitaha ny fihetsehana mifandraika amin'ny tendrony fandefasana maromaro, noho izany dia ilaina ny mandrefy tanteraka ny spectrum fandefasana azy. Ilaina ny avo kokoa ny bandwidth sy ny herin'ny loharanon-jiro "wide spectrum".
2. Toe-javatra misy ny fikarohana ao an-toerana sy any ivelany
2.1 Loharano hazavana laser misy sakany tery
2.1.1 Laser semiconductor mizara ho an'ny sakan'ny tsipika tery
Tamin'ny taona 2006, nampihena ny haben'ny MHz an'ny semiconductor i Cliche et al.Laser DFB(laser feedback zaraina) amin'ny ambaratonga kHz amin'ny fampiasana fomba feedback elektrika; Tamin'ny taona 2011, Kessler et al. dia nampiasa lavaka kristaly tokana amin'ny mari-pana ambany sy fahamarinan-toerana avo lenta miaraka amin'ny fanaraha-maso feedback mavitrika mba hahazoana vokatra laser ultra-narrow linewidth 40 MHz; Tamin'ny taona 2013, Peng et al. dia nahazo vokatra laser semiconductor misy linewidth 15 kHz amin'ny alàlan'ny fampiasana ny fomba fanitsiana feedback ivelany Fabry-Perot (FP). Ny fomba feedback elektrika dia nampiasa indrindra ny feedback stabilization frequency Pond-Drever-Hall mba hampihenana ny linewidth laser amin'ny loharanon-jiro. Tamin'ny taona 2010, Bernhardi et al. dia namorona 1 sm ny erbium-doped alumina FBG amin'ny substrate silicon oxide mba hahazoana vokatra laser misy linewidth eo amin'ny 1.7 kHz eo ho eo. Tamin'io taona io ihany, Liang et al. nampiasa ny valin-kafatra fampidirana ho azy avy amin'ny fiparitahan'ny Rayleigh mihemotra izay noforonin'ny resonator rindrina echo Q avo lenta ho an'ny famoretana ny sakany tsipika amin'ny laser semiconductor, araka ny aseho amin'ny Sary 1, ary farany dia nahazo vokatra laser tery amin'ny sakany tsipika 160 Hz.
Sary 1 (a) Kisarisary maneho ny famatrarana ny sakany amin'ny laser semiconductor mifototra amin'ny fiparitahan'ny Rayleigh amin'ny alalan'ny tsindrona ho azy avy amin'ny resonator external whispering gallery mode;
(b) Spektrum matetika amin'ny laser semiconductor miasa malalaka miaraka amin'ny sakany 8 MHz;
(c) Spektrum matetika amin'ny laser miaraka amin'ny sakany tsipika voatsindry hatramin'ny 160 Hz
2.1.2 Laser fibre misy sakany tery
Ho an'ny laser fibre lavaka linear, ny vokatra laser linewidth tery amin'ny fomba longitudinal tokana dia azo amin'ny alàlan'ny fanafohezana ny halavan'ny resonator sy ny fampitomboana ny elanelam-potoana longitudinal. Tamin'ny taona 2004, Spiegelberg et al. dia nahazo vokatra laser longitudinal tokana miaraka amin'ny linewidth 2 kHz amin'ny alàlan'ny fampiasana ny fomba lavaka fohy DBR. Tamin'ny taona 2007, Shen et al. dia nampiasa fibre silicon 2 sm be dia be nopetahana erbium mba hanoratana FBG amin'ny fibre photosensitive Bi-Ge, ary nampifangaro azy tamin'ny fibre mavitrika mba hamorona lavaka linear compact, ka mahatonga ny sakany tsipika famoahana laser ho latsaky ny 1 kHz. Tamin'ny taona 2010, Yang et al. dia nampiasa lavaka linear fohy 2 sm be dia be nopetahana miaraka amin'ny sivana FBG narrowband mba hahazoana vokatra laser longitudinal tokana miaraka amin'ny sakany tsipika latsaky ny 2 kHz. Tamin'ny taona 2014, nampiasa lavaka fohy mitongilana (resonatera peratra miforitra virtoaly) miaraka amin'ny sivana FBG-FP ny ekipa mba hahazoana vokatra laser misy sakany tsipika tery kokoa, araka ny aseho amin'ny Sary 3. Tamin'ny taona 2012, nampiasa rafitra lavaka fohy 1.4cm i Cai et al. mba hahazoana vokatra laser polarizing miaraka amin'ny hery famoahana mihoatra ny 114 mW, halavan'ny onjam-peo afovoany 1540.3 nm, ary sakany tsipika 4.1 kHz. Tamin'ny taona 2013, nampiasa Brillouin scattering amin'ny fibre doped erbium miaraka amin'ny lavaka peratra fohy amin'ny fitaovana fiarovana bias feno i Meng et al. mba hahazoana vokatra laser longitudinal tokana, low-phase noise miaraka amin'ny hery famoahana 10 mW. Tamin'ny taona 2015, nampiasa lavaka peratra misy fibre doped erbium 45 cm ny ekipa ho toy ny fitaovana fanamafisana Brillouin scattering mba hahazoana vokatra laser ambany tokonam-baravarana sy sakany tsipika tery.
Sary 2 (a) Sary kisarisin'ny laser fibre SLC;
(b) Endrika tsipika amin'ny famantarana heterodyne voarefy amin'ny fahatarana fibre 97.6 km
Fotoana fandefasana: 20-Nov-2023