Technologia źródła laserowego dlaświatłowódWyczuwanie części pierwszej
Technologia wykrywania światłowodowa jest rodzajem technologii wykrywania opracowanej wraz z technologią światłowodową i technologią komunikacji światłowodowej i stała się jedną z najbardziej aktywnych gałęzi technologii fotoelektrycznej. System wykrywania światłowodowy składa się głównie z lasera, włókna przesyłowego, elementu wykrywania lub powierzchni modulacji, wykrywania światła i innych części. Parametry opisujące charakterystykę fali świetlnej obejmują intensywność, długość fali, fazę, stan polaryzacyjny itp. Parametry te można zmienić na podstawie zewnętrznych wpływów transmisji światłowodowej. Na przykład, gdy temperatura, odkształcenie, ciśnienie, prąd, przemieszczenie, wibracje, obrót, zginanie i ilość chemiczna wpływają na ścieżkę optyczną, parametry te odpowiednio się zmieniają. Wyczuwanie światłowodowe opiera się na związku między tymi parametrami a czynnikami zewnętrznymi w celu wykrycia odpowiednich wielkości fizycznych.
Istnieje wiele rodzajówŹródło laserastosowane w systemach wykrywania światłowodów, które można podzielić na dwie kategorie: spójneŹródła laserowei niespójne źródła światła, niespójneźródła światłaObejmują głównie żarowe diody światła i światło, a spójne źródła światła obejmują lasery stałe, ciekłe lasery, lasery gazowe,Laser półprzewodnikowyILaser światłowodowy. Następujące jest głównie dlaLaserowe źródło światłaPowszechnie stosowane w dziedzinie wykrywania światłowodów w ostatnich latach: laser wąskiej szerokości linii pojedynczej częstotliwości, laser częstotliwości jednej fali i biały laser.
1.1 Wymagania dotyczące wąskiej szerokości liniiLaserowe źródła światła
System wykrywania światłowodowy nie może być oddzielony od źródła lasera, ponieważ zmierzona fala światła sygnału, sama wydajność źródła światła laserowego, takie jak stabilność mocy, szerokość linii laserowej, szum fazowy i inne parametry na odległości wykrywania systemu wykrywania światłowodowego, dokładność wykrywania, dokładność czułości i hałasu. W ostatnich latach, wraz z rozwojem długoterminowych systemów czujników światłowodowych o ultra-wysokiej rozdzielczości, akademia i przemysł przedstawiły bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące wydajności miniaturyzacji laserowej miniaturyzacji laserowej, głównie w dziedzinie częstotliwości w dziedzinie częstotliwości (OFDR) technologii spójnej wykrywania w celu analizy spójnej technologii do wykrywania w celu analizy spójności. Zalety wysokiej rozdzielczości (rozdzielczość na poziomie milimetrowym) i wysokiej czułości (do -100 dBM) stały się jedną z technologii z szerokim potencjalnym klientami w rozłożonej technologii pomiaru i wykrywania światłowodu. Rdzeniem technologii OFDR jest zastosowanie dostrajalnego źródła światła do osiągnięcia strojenia częstotliwości optycznej, więc wydajność źródła lasera określa kluczowe czynniki, takie jak zakres wykrywania OFDR, czułość i rozdzielczość. Gdy odległość punktu odbicia jest zbliżona do długości koherencji, intensywność sygnału uderzenia zostanie wykładniczo osłabiona przez współczynnik τ/τc. W przypadku źródła światła Gaussa o kształcie widmowym, aby zapewnić, że częstotliwość uderzenia ma ponad 90% widoczność, związek między szerokością linii źródła światła a maksymalną długością wykrywania, którą system może osiągnąć, to Lmax ~ 0,04Vg/F, co oznacza, że dla światłowodu o długości 80 km, szerokość linii źródła światła jest mniejsza niż 100 HZ. Ponadto opracowanie innych aplikacji przedstawia również wyższe wymagania dotyczące szerokości linii źródła światła. Na przykład w systemie hydrofonu światłowodowego źródło światła określa szum systemowy, a także określa minimalny mierzalny sygnał systemu. W reflektorze optycznym w dziedzinie czasu Brillouin (BOTDR) rozdzielczość pomiaru temperatury i naprężenia wynika głównie z szerokości linii źródła światła. W gąbce światłowodowego rezonatora długość spójności fali światła można zwiększyć poprzez zmniejszenie szerokości linii źródła światła, poprawiając w ten sposób głębokość i głębokość rezonansu rezonatora, zmniejszając szerokość linii rezonatora i upewniając się, że dokładność pomiaru światłowodowego grodu.
1.2 Wymagania dotyczące Źródła lasera zamiatania
Laser zamiatania długości fali ma elastyczną wydajność dostrajania długości fali, może zastąpić wiele wyjściowych laserów o stałej długości fali, zmniejszyć koszt konstrukcji systemu, jest niezbędną częścią systemu wykrywania światłowodowego optycznego. Na przykład w śladowym wykryciu włókien gazowych różne rodzaje gazów mają różne piki absorpcji gazu. Aby zapewnić wydajność absorpcji światła, gdy gaz pomiarowy jest wystarczający i osiągnąć wyższą czułość pomiaru, konieczne jest wyrównanie długości fali źródła światła transmisyjnego z pikiem absorpcji cząsteczki gazowej. Rodzaj gazu, który można wykryć, jest zasadniczo określony przez długość fali źródła światła wykrywającego. Dlatego wąskie lasery linii o stabilnej wydajności tuningu szerokopasmowego mają wyższą elastyczność pomiaru w takich systemach wykrywania. Na przykład w niektórych rozproszonych systemach wykrywania światłowodów opartych na odbiciu domeny częstotliwości optycznej laser musi zostać szybko przesuwany, aby osiągnąć spójne wykrywanie i demodulacja sygnałów optycznych, więc szybkość modulacji źródła lasera ma względnie duże wymagania, a szybkość zamiatania regulowanego lasera jest zwykle wymagana do osiągnięcia 10 pm/μs. Ponadto, wąski laser wąskiej szerokości linii długości fali może być również szeroko stosowany w lidar, teledetekcji laserowej i analizie spektralnej o wysokiej rozdzielczości i innych polach wykrywania. Aby spełnić wymagania dotyczące wysokiej wydajności parametrów dostrajania przepustowości, dokładności strojenia i prędkości strojenia laserów długości jednej fali w dziedzinie wykrywania włókien, ogólnym celem badania laserów Laser Laser Laser wąską linią wąskostronkową, ultra-Laser Laser, Ultra-L-Low-Low-L-L-LOUT-LOUT INTRACJA częstotliwość i moc.
1.3 Zapotrzebowanie na białe źródło światła laserowego
W dziedzinie wykrywania optycznego wysokiej jakości laser białego światła ma ogromne znaczenie dla poprawy wydajności systemu. Im szersze pokrycie spektrum lasera białego światła, tym bardziej rozległe jego zastosowanie w systemie wykrywania światłowodów. Na przykład przy użyciu siatki światłowodowej (FBG) do skonstruowania sieci czujników do demodulacji można zastosować analizę widmową lub dostosowującą metodę dopasowania filtra. Pierwszy użył spektrometru do bezpośredniego testowania każdej rezonansowej długości fali FBG w sieci. Ten ostatni wykorzystuje filtr odniesienia do śledzenia i kalibracji FBG w wykrywaniu, z których oba wymagają szerokopasmowego źródła światła jako źródła światła testowego dla FBG. Ponieważ każda sieć dostępu do FBG będzie miała pewną utratę wstawienia i ma przepustowość większą niż 0,1 nm, jednoczesna demodulacja wielu FBG wymaga szerokopasmowego źródła światła o dużej mocy i wysokiej przepustowości. Na przykład, przy użyciu długiego okresu siatki włókien (LPFG) do wykrywania, ponieważ szerokość pasma jednej straty jest w rzędu 10 nm, źródło światła szerokiego widma o wystarczającej szerokości pasma i stosunkowo płaskie widmo jest wymagane do dokładnego scharakteryzowania jego cech szczytowych rezonansowych. W szczególności siatka z włókna akustycznego (AIFG) zbudowana przy użyciu efektu akustyczno-optycznego może osiągnąć zakres strojenia rezonansowej długości fali do 1000 nm za pomocą strojenia elektrycznego. Dlatego dynamiczne testy siatki z tak bardzo szerokim zakresem strojenia stanowi wielkie wyzwanie dla zasięgu przepustowości źródła światła szerokiego spektrum. Podobnie w ostatnich latach przechylona siatka z włókna Bragga była również szeroko stosowana w dziedzinie wykrywania włókien. Ze względu na charakterystykę spektrum strat w wielu szczytach, zakres rozkładu długości fali może zwykle osiągnąć 40 nm. Jego mechanizm wykrywania polega zwykle na porównaniu względnego ruchu między wieloma pikami transmisji, więc konieczne jest całkowite zmierzenie jego widma transmisji. Przepustowość i moc szerokiego źródła światła widma muszą być wyższe.
2. Status badań w kraju i za granicą
2.1 Wąskie źródło światła LaserWidth Laser
2.1.1 Wąska linia półprzewodnik laser rozproszonego sprzężenia zwrotnego
W 2006 r. Cliche i in. zmniejszyła skalę MHz półprzewodnikaLaser DFB(Laser rozproszonego sprzężenia zwrotnego) do skali KHz przy użyciu elektrycznej metody sprzężenia zwrotnego; W 2011 roku Kessler i in. zastosowano wnękę o niskiej temperaturze i wysoką stabilność pojedynczych kryształów w połączeniu z aktywną kontrolą sprzężenia zwrotnego w celu uzyskania wydobycia lasera o ultra-norrow linii wynoszącej 40 MHz; W 2013 r. Peng i in. Uzyskali półprzewodnikowe wyjście laserowe o szerokości linii 15 kHz przy użyciu metody regulacji sprzężenia zwrotnego Fabry-Perot (FP). Metoda elektrycznego sprzężenia zwrotnego wykorzystała głównie sprzężenie zwrotne staw-drever-hall-hall, aby ograniczyć szerokość linii laserowej źródła światła. W 2010 r. Bernhardi i in. Wyprodukowano 1 cm glinu glinu domieszkowanego Erbi na substratu tlenku krzemu, aby uzyskać moc wyjściową lasera o szerokości linii około 1,7 kHz. W tym samym roku Liang i in. zastosował sprzężenie zwrotne w wsteczaniu rozpraszania Rayleigha utworzonego przez rezonator ściany echo o wysokiej Q dla półprzewodnikowej kompresji szerokości linii laserowej, jak pokazano na rycinie 1, i ostatecznie uzyskał wąską moc lasera wynoszącą 160 Hz.
Ryc. 1 (a) Schemat półprzewodnika Laser LineWidth Compression oparty na rozpraszaniu Rayleigh wtrysku zewnętrznego rezonatora trybu galerii szeptania;
(b) widmo częstotliwości lasera półprzewodnika o wolnym działaniu o szerokości linii 8 MHz;
(c) Widmo częstotliwości lasera z szerokością linii sprężoną do 160 Hz
2.1.2 Laser wąskiej szerokości liniowej
W przypadku liniowych laserów włókien wnęki uzyskuje się wąską linię Laser Laser w pojedynczym trybie podłużnym przez skrócenie długości rezonatora i zwiększenie interwału trybu podłużnego. W 2004 r. Spiegelberg i in. Uzyskał pojedynczy wyjście lasera wąską linią podłużną przy szerokości linii 2 kHz przy użyciu metody krótkiej wnęki DBR. W 2007 r. Shen i in. Zastosował 2 cm z krzemem domieszkowanym Erbi, aby napisać FBG na bi-gene, wspólnie domieszkowanym światłowodzie i połączonym z aktywnym włóknem, aby utworzyć kompaktową jamę liniową, dzięki czemu szerokość linii wyjściowej lasera jest mniejsza niż 1 kHz. W 2010 roku Yang i in. zastosował 2 cm, wysoce domieszkowaną krótką liniową wnękę w połączeniu z wąskopasmowym filtrem FBG, aby uzyskać pojedynczą wyjście lasera w trybie podłużnym o szerokości linii mniejszej niż 2 kHz. W 2014 r. Zespół zastosował krótką liniową jamę (wirtualny rezonator pierścienia złożony) w połączeniu z filtrem FBG-FP, aby uzyskać moc wyjściową laserową o węższej szerokości linii, jak pokazano na rycinie 3. W 2012 r. Cai i in. użył krótkiej struktury wnęki 1,4 cm, aby uzyskać spolaryzację wyjścia lasera o mocy wyjściowej większej niż 114 MW, centralnej długości fali 1540,3 nm i szerokości linii 4,1 kHz. W 2013 r. Meng i in. zastosowano rozpraszanie błonnika domieszkowanego ERBum z krótką jamą pierścieniową urządzenia konserwującego pełne odchylenie, aby uzyskać tryb pojedynczego długotrwały, nisko fazowe wyjście lasera szumu o mocy wyjściowej 10 MW. W 2015 r. Zespół zastosował wnękę pierścieniową złożoną z 45 cm z błonnika domieszkowanego ERBum jako pożywki wzmocnienia rozpraszania Brillouin, aby uzyskać niski próg i wąską moc lasera linii.
Ryc. 2 (a) Schematyczny rysunek lasera włókien SLC;
(b) Lineshape sygnału heterodynowego zmierzonego za pomocą opóźnienia światłowodowego 97,6 km
Czas postu: 20-2023