ZastosowanieLaser półprzewodnikowy o pojedynczej częstotliwościw precyzyjnym pomiarze interferencji fal świetlnych
Zastosowanie pojedynczej częstotliwościlaser półprzewodnikowyw dziedzinie precyzyjnych pomiarów, takich jak hydrofony światłowodowe i naziemne interferometry nasłuchowe, a także szczegółowo przeanalizowano kluczowy wpływ wydajności lasera na wydajność systemów interferometrycznych.
Struktura rdzenia i zasada działania systemu: System hydrofonu światłowodowego składa się głównie z głowicy czujnikowej i interferometru (na przykładzie interferometru MZ). Zasada działania polega na tym, że sygnał dźwiękowy (ciśnienie akustyczne Δp) oddziałuje na głowicę czujnikową, powodując zmiany długości i współczynnika załamania światła światłowodu czujnikowego owiniętego wokół pustego cylindra, a tym samym zmiany w ścieżce optycznej. Ta niewielka zmiana w ścieżce optycznej (tj. zmiana fazy) jest wykrywana z wysoką czułością przez interferometr.
1. Głowica czujnika: Jej podstawową funkcją jest przetwarzanie drgań dźwiękowych na zmiany w ścieżce optycznej interferometru. Współczynnik czułości s jest powiązany z czynnikami takimi jak długość włókna L, a dłuższe włókna czujnikowe korzystnie wpływają na poprawę czułości systemu.
2. Interferometr: To „najlepsza broń” do wykrywania małych zmian fazy. Natężenie światła wyjściowego ma zależność cosinusową od różnicy faz. Stabilizując statyczne przesunięcie fazowe φ ₀ w ortogonalnym punkcie pracy ((m+1/2) π), system może osiągnąć najwyższą czułość detekcji.
3. Kluczowe parametry źródła światła, które mają wpływ na wydajność systemu: Artykuł koncentruje się na analizie ograniczeń wydajności lasera w zakresie osiągania wysokiej rozdzielczości fazowej (z celem ≤ 1 μ rad).
4. LaserSzum częstotliwościowy i szerokość linii: Szum częstotliwościowy lasera może powodować interferencyjny szum fazowy, zmniejszając w ten sposób widoczność prążków interferencyjnych. W przypadku interferometru o różnicy dróg optycznych wynoszącej około 1 metra, aby osiągnąć rozdzielczość fazową 1 μ rad, szerokość linii lasera musi być mniejsza niż około 30 Hz. Jest to bardzo wysoki wymóg dla stabilności częstotliwościowej.źródło światła.
5. Szum intensywności lasera: Względny szum intensywności (RIN) lasera zostanie bezpośrednio przeliczony na błąd fazowy sygnału interferencyjnego. Aby osiągnąć rozdzielczość fazową 1 μ rad przy typowej mocy światła detekcyjnego (~100 μ W), RIN lasera musi zostać zredukowany poniżej -120 dB. Jest to bardzo wysoki wymóg dla stabilności natężenia źródła światła.
Podsumowując, w wyniku analizy systemu hydrofonu światłowodowego omówiono rygorystyczne wymagania stawiane głównemu źródłu światła – laserowi półprzewodnikowemu o pojedynczej częstotliwości – pod względem ekstremalnie wąskiej szerokości linii (wysokiej stabilności częstotliwości) i ekstremalnie niskiego natężenia szumu w precyzyjnych pomiarach opartych na zasadzie interferencji. Przedstawiono także wyzwania związane ze stabilizacją częstotliwości lasera w zastosowaniach systemowych na dużą skalę.
Czas publikacji: 07-04-2026