Laser loharano teknolojia ho an'nyfibre optiquefahatsapana Fizarana voalohany
Optical fibre sensing teknolojia dia karazana sensing teknolojia novolavolaina miaraka amin'ny Optical fibre teknolojia sy Optical fibre fifandraisana teknolojia, ary lasa iray amin'ireo mavitrika indrindra sampana ny photoelectric teknolojia.Optical fibre sensing rafitra no tena ahitana tamin'ny laser, fibre fifindran'ny, sensing singa na modulation faritra, hazavana detection sy ny faritra hafa.Ny mari-pamantarana mamaritra ny toetran'ny onjam-pahazavana dia ahitana ny hamafin'ny, ny halavan'ny onjam-peo, ny dingana, ny toetry ny polarization, sns. Ireo mari-pamantarana ireo dia mety ovain'ny fitaomana ivelany amin'ny fifindran'ny fibre optika.Ohatra, rehefa misy fiantraikany amin'ny lalana optika ny mari-pana, ny fihenjanana, ny tsindry, ny zotra, ny fifindran'ny toerana, ny fihovitrovitra, ny fihodinana, ny fiondrika ary ny habetsan'ny simika, dia miova mifanaraka amin'izany ireo mari-pamantarana ireo.Ny fandrefesana fibre optika dia mifototra amin'ny fifandraisana misy eo amin'ireo masontsivana ireo sy ireo anton-javatra ivelany mba hamantarana ny habetsahana ara-batana mifanaraka amin'izany.
Misy karazany maro nyloharano tamin'ny laserampiasaina amin'ny rafitra fandrefesana fibre optique, izay azo zaraina ho sokajy roa: mirindraloharano tamin'ny laserary loharanon-jiro tsy mirindra, tsy mirindraloharano maivanaNy ankamaroany dia ahitana jiro incandescent sy diodes hazavana, ary ny loharanom-pahazavana mirindra dia misy laser solid, laser liquids, lasers entona,tamin'ny laser semiconductorSYtamin'ny laser fibre.Ity manaraka ity dia natao indrindra ho an'nyloharanom-pahazavana tamin'ny laserbe mpampiasa amin'ny sehatry ny fibre sensing tato anatin'ny taona vitsivitsy: tsipika tery sakan'ny tamin'ny laser frequency tokana, onjam-onja famafa matetika tamin'ny laser sy fotsy tamin'ny laser.
1.1 Fitakiana amin'ny sakan-dalana teryloharanom-pahazavana tamin'ny laser
Ny rafi-pandrefesana fibre optika dia tsy azo sarahina amin'ny loharanon'ny laser, satria ny onjam-pahazavana norefesina amin'ny onjam-pandrefesana, ny loharanon'ny hazavana tamin'ny laser tena izy, toy ny fahamarinan-toerana, ny haavon'ny laser, ny tabataba ary ny masontsivana hafa amin'ny elanelan'ny rafi-pandrefesana fibre optika, ny fahitana. Ny toetra marina, ny fahatsapana ary ny feo dia manana anjara toerana lehibe.Tato anatin'ny taona vitsivitsy, miaraka amin'ny fampandrosoana ny lavitra ultra-avo fanapahan-kevitra Optical fibre sensing rafitra, ny akademia sy ny indostria dia nametraka fepetra henjana kokoa ho an'ny linewidth fampisehoana tamin'ny laser miniaturization, indrindra indrindra ao amin'ny: Optical frequences sehatra fisaintsainana (OFDR) teknolojia mampiasa coherent. teknolojia fitiliana mba hamakafaka ny backrayleigh miparitaka famantarana ny optique fibre ao amin'ny faritra matetika, miaraka amin'ny fandrakofana midadasika (arivo metatra).Ny tombony amin'ny fanapahan-kevitra avo (milimeter-level resolution) sy ny fahatsapan-tena avo (hatramin'ny -100 dBm) dia lasa iray amin'ireo teknôlôjia manana fangatahan'ny fampiharana malalaka amin'ny fandrefesana fibre optika mizara sy ny teknolojia sensing.Ny fototry ny teknolojia OFDR dia ny fampiasana loharanom-pahazavana azo tsapain-tanana mba hahatratrarana ny fampandehanana matetika, noho izany ny fahombiazan'ny loharano laser dia mamaritra ny anton-javatra lehibe toy ny isan-karazany, ny fahatsapana ary ny famahana ny OFDR.Rehefa mifanakaiky amin'ny halavan'ny fifanandrinana ny halaviran'ny teboka fisaintsainana, dia hihena tsikelikely amin'ny alalan'ny coefficient τ/τc ny hamafin'ny mari-pandrefesana.Ho an'ny loharanom-pahazavana Gaussian manana endrika spektral, mba hahazoana antoka fa manana fahitana mihoatra ny 90% ny fatran'ny kapoka, ny fifandraisana misy eo amin'ny sakan'ny tsipika amin'ny loharanom-pahazavana sy ny halavan'ny fahatsapana ambony indrindra azon'ny rafitra dia Lmax ~ 0.04vg. /f, izay midika fa ho an'ny fibre manana halavana 80 km, ny sakan'ny tsipika loharanon-jiro dia latsaky ny 100 Hz.Ankoatr'izay, ny fampivoarana ny fampiharana hafa koa dia mametraka fepetra ambony kokoa ho an'ny sakan'ny loharanon-jiro.Ohatra, ao amin'ny rafitra hydrophone fibre optika, ny sakan'ny loharanon-jiro dia mamaritra ny tabataban'ny rafitra ary mamaritra ihany koa ny mari-pamantarana azo refesina ambany indrindra amin'ny rafitra.Ao amin'ny Brillouin optical time domain reflector (BOTDR), ny fandrefesana ny mari-pana sy ny adin-tsaina dia voafaritra indrindra amin'ny alàlan'ny sakan'ny loharanon-jiro.Ao amin'ny gyro fibre optique resonator, ny halavan'ny onjam-pahazavana dia azo ampitomboina amin'ny fampihenana ny sakan'ny tsipika amin'ny loharanom-pahazavana, amin'izany dia manatsara ny fahamendrehana sy ny halalin'ny resonance, ny fampihenana ny sakan'ny resonator, ary ny fiantohana ny fandrefesana. ny fahamarinan'ny fibre optic gyro.
1.2 Fepetra ho an'ny loharano laser famafana
Single wavelength sweep tamin'ny laser manana flexible wavelength Tuning fampisehoana, dia afaka manolo maro Output raikitra onjam lasers, mampihena ny vidin'ny rafitra rafitra, dia tena ilaina amin'ny Optical fibre sensing rafitra.Ohatra, amin'ny fandrefesana fibre entona, ny karazana gazy samihafa dia manana tampon'ny fisoronana entona samihafa.Mba hiantohana ny fahombiazan'ny fandrefesana ny hazavana rehefa ampy ny entona fandrefesana ary mahatratra ny fahatsapana fandrefesana avo kokoa, dia ilaina ny mampifanaraka ny halavan'ny onjam-pamokarana loharanon'ny hazavana amin'ny tampon'ny absorption ny molekiola entona.Ny karazana entona azo tsikaritra dia voafaritra amin'ny ankapobeny amin'ny halavan'ny onjam-pahazavan'ny loharanom-pahazavana.Noho izany, ny laser linewidth tery miaraka amin'ny fampandehanana fandrefesana broadband maharitra dia manana fahafaha-mandrefy avo kokoa amin'ny rafitra sensing toy izany.Ohatra, amin'ny rafitra fibre optique sasany miparitaka mifototra amin'ny fisaintsainana sehatra optique frequence, ny laser dia tsy maintsy voafafa haingana tsindraindray mba hahatratrarana avo lenta avo lenta sy ny demodulation ny famantarana optique, noho izany dia manana fepetra avo lenta ny tahan'ny modulation amin'ny loharano laser. , ary ny hafainganam-pandehan'ny laser Adjustable dia matetika takiana hahatratra 10 pm/μs.Ankoatra izany, ny onjam-peo tunable tery linewidth tamin'ny laser dia azo ampiasaina be ihany koa amin'ny liDAR, tamin'ny laser fandrefesana lavitra sy avo-fanapahan-kevitra spectral fanadihadiana sy ny sensing saha.Mba hamenoana ny fepetra takian'ny mari-pandrefesana avo lenta amin'ny fanerena ny bandwidth, ny fanindriana marina sy ny hafainganam-pandehan'ny onjam-peo tokana amin'ny sehatry ny fibre sensing, ny tanjona ankapobeny amin'ny fandalinana lasers fibre tery tunable amin'ny taona faramparany dia ny hahatratrarana avo- fandrefesana mazava tsara amin'ny halavan'ny onjam-peo lehibe kokoa noho ny fikatsahana ny halaviran'ny laser ultra-tery, ny tabataba faran'izay ambany, ary ny fatran'ny famoahana sy ny herin'aratra.
1.3 Fitakiana loharanom-pahazavana laser fotsy
Eo amin'ny sehatry ny fandrefesana optika, ny laser hazavana fotsy avo lenta dia manan-danja lehibe hanatsarana ny fahombiazan'ny rafitra.Ny midadasika kokoa ny fandrakofam-pahazavana amin'ny laser hazavana fotsy, no mivelatra kokoa ny fampiharana azy amin'ny rafitra fandrefesana fibre optika.Ohatra, rehefa mampiasa fibre Bragg grating (FBG) mba hananganana tambajotra sensor, dia azo ampiasaina amin'ny demodulation ny famakafakana spektral na ny fomba mifanentana amin'ny sivana.Ny teo aloha dia nampiasa spectrometer mba hitsapana mivantana ny halavan'ny onjam-peo FBG tsirairay ao amin'ny tambajotra.Ity farany dia mampiasa sivana fanondro hanaraha-maso sy hanamarinana ny FBG amin'ny fandrefesana, izay samy mitaky loharanom-pahazavana midadasika ho loharanon-jiro fitsapana ho an'ny FBG.Satria ny tambajotra fidirana FBG tsirairay dia hanana fatiantoka iray, ary manana bandwidth mihoatra ny 0.1 nm, ny demodulation miaraka amin'ny FBG marobe dia mitaky loharanom-pahazavana midadasika miaraka amin'ny hery avo sy ny bandwidth avo.Ohatra, rehefa mampiasa fibre grating lava (LPFG) ho an'ny fahatsapana, satria ny bandwidth amin'ny tampon'ny fatiantoka tokana dia ao amin'ny filaharan'ny 10 nm, loharanom-pahazavana midadasika miaraka amin'ny bandwidth ampy sy spektrum somary fisaka dia takiana mba hamaritana tsara ny resonant. toetra ambony indrindra.Indrindra indrindra, ny fibre acoustic grating (AIFG) namboarina tamin'ny fampiasana ny acousto-optical effect dia mety hahatratra ny halavan'ny onjam-peo resonant hatramin'ny 1000 nm amin'ny alàlan'ny fanerena elektrika.Noho izany, ny fitiliana grating dynamique miaraka amin'ny rindran-damina faran'izay midadasika toy izany dia mametraka fanamby lehibe amin'ny fatran'ny bandwidth amin'ny loharanom-pahazavana midadasika.Toy izany koa, tato anatin'ny taona vitsivitsy, ny bragg fibre grating mitongilana dia nampiasaina be koa tamin'ny sehatry ny fibre sensing.Noho ny toetra mampiavaka ny spektrum fatiantoka be dia be, dia mety hahatratra 40 nm ny halavan'ny onjam-pamokarana.Ny mekanika fandrefesana azy dia matetika ny fampitahana ny hetsika mifandraika amin'ny tampon'ny fifindran'ny maro, noho izany dia ilaina ny mandrefy ny spectrum fifindrany tanteraka.Ny bandwidth sy ny herin'ny loharanom-pahazavana midadasika dia takiana ho ambony kokoa.
2. Toetran'ny fikarohana eto an-toerana sy any ivelany
2.1 Loharanon-jiro tamin'ny laser tery linewidth
2.1.1 Narrow linewidth semiconductor nizara feedback tamin'ny laser
Tamin'ny 2006, Cliche et al.nampihena ny haavon'ny MHz amin'ny semiconductorDFB laser(laser fanehoan-kevitra zaraina) amin'ny mari-pamantarana kHz amin'ny fampiasana fomba fiasa elektrika;Tamin'ny 2011, Kessler et al.ampiasaina ny mari-pana ambany sy ny fahamarinan-toerana avo krystaly lava lava mitambatra amin'ny mavitrika feedback fanaraha-maso mba hahazoana ultra-tery linewidth tamin'ny laser Output ny 40 MHz;Ao amin'ny 2013, Peng et al dia nahazo vokatra tamin'ny laser semiconductor miaraka amin'ny sakan'ny 15 kHz amin'ny alàlan'ny fampiasana ny fomba fanitsiana fanehoan-kevitra ivelany Fabry-Perot (FP).Ny fomba fanehoan-kevitra elektrônika dia nampiasa ny tamberin'ny fanamafisana matetika ny Pond-Drever-Hall mba hampihenana ny haavon'ny hazavana amin'ny laser.Tamin'ny 2010, Bernhardi et al.dia namokatra 1 sm ny erbium-doped alumina FBG amin'ny silisiôma substrate mba hahazoana tamin'ny laser vokatra amin'ny sakan'ny tsipika manodidina ny 1,7 kHz.Tamin'io taona io ihany, Liang et al.nampiasa ny valin-tena tsindrona ny mihemotra Rayleigh fanaparitahana noforonin'ny avo-Q rindrina resonator ho an'ny semiconductor tamin'ny laser tsipika-sakan'ny famatrarana, araka ny hita ao amin'ny Figure 1, ary tamin'ny farany dia nahazo tsipika tery-sakan'ny tamin'ny laser Output ny 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagram amin'ny fanerena tsipika amin'ny laser semiconductor mifototra amin'ny fiparitahan'ny tenany Rayleigh amin'ny fiparitahan'ny resonator amin'ny alàlan'ny bitsika ivelany;
b) Fandrefesana isan-karazany amin'ny laser semiconductor mandeha malalaka miaraka amin'ny sakan'ny tsipika 8 MHz;
(c) Frequency spectrum ny laser amin'ny linewidth voatsindry ho 160 Hz
2.1.2 tamin'ny laser fibre tery linewidth
Ho an'ny laser fibre fibre linear, ny fivoahana tamin'ny laser tery linewidth amin'ny maodely longitudinal tokana dia azo amin'ny fanafohezana ny halavan'ny resonator sy ny fampitomboana ny elanelam-potoana lava.Tamin'ny 2004, Spiegelberg et al.dia nahazo fomba lava lava iray narrow linewidth tamin'ny laser Output amin'ny linewidth 2 kHz amin'ny alalan'ny fampiasana DBR short cavity fomba.Tamin'ny 2007, Shen et al.nampiasa fibre silisiôma misy erbium mavesatra 2 sm hanoratana FBG amin'ny fibre photosensitive Bi-Ge miaraka amin'ny doped, ary natambatra tamin'ny fibre mavitrika izy io mba hamoronana lavaka tsipika matevina, ka mahatonga ny sakan'ny tsipika famoahana laser ho latsaky ny 1 kHz.Tamin'ny 2010, Yang et al.nampiasa lavaka tsipika fohy 2cm be doped miaraka amin'ny sivana FBG narrowband mba hahazoana vokatra laser amin'ny fomba lava lava iray miaraka amin'ny sakan'ny tsipika latsaky ny 2 kHz.Ao amin'ny 2014, ny ekipa dia nampiasa lavaka tsipika fohy (resonator peratra mivalona virtoaly) miaraka amin'ny sivana FBG-FP mba hahazoana vokatra laser miaraka amin'ny sakan'ny tsipika tery kokoa, araka ny aseho amin'ny sary 3. Ao amin'ny 2012, Cai et al.nampiasa firafitry ny lavaka fohy 1.4cm mba hahazoana vokatra laser polarizing miaraka amin'ny herin'aratra mihoatra ny 114 mW, halavan'ny onjam-pamokarana afovoany 1540.3 nm, ary sakan'ny tsipika 4.1 kHz.Tamin'ny 2013, Meng et al.nampiasa Brillouin fanaparitahana fibre erbium-doped miaraka amin'ny lava-peratra fohy amin'ny fitaovana fitahirizana mitongilana feno mba hahazoana fomba tokana lavareny, fivoahana laser amin'ny dingana ambany miaraka amin'ny herin'ny famoahana 10 mW.Tamin'ny taona 2015, ny ekipa dia nampiasa lavaka peratra misy 45 sm erbium-doped fibre ho an'ny fanaparitahana Brillouin medium mba hahazoana ny tokonam-baravarana ambany sy ny fivoahan'ny laser linewidth tery.
Fig. 2 (a) sary schematic ny SLC fibre laser;
(b) Lineshape ny mari-pamantarana heterodyne refesina amin'ny fahatarana fibre 97.6 km
Fotoana fandefasana: Nov-20-2023