Teknolojia ya Chanzo cha Laser kwanyuzi za machokuhisi sehemu ya kwanza
Teknolojia ya kuhisi nyuzi za macho ni aina ya teknolojia ya kuhisi iliyoundwa pamoja na teknolojia ya macho ya macho na teknolojia ya mawasiliano ya nyuzi, na imekuwa moja ya matawi yanayofanya kazi zaidi ya teknolojia ya picha. Mfumo wa kuhisi nyuzi za macho unaundwa hasa na laser, nyuzi za maambukizi, kipengee cha kuhisi au eneo la moduli, kugundua mwanga na sehemu zingine. Vigezo vinavyoelezea sifa za wimbi la mwanga ni pamoja na kiwango, nguvu, awamu, hali ya polarization, nk Vigezo hivi vinaweza kubadilishwa na mvuto wa nje katika maambukizi ya nyuzi za macho. Kwa mfano, wakati joto, mnachuja, shinikizo, sasa, uhamishaji, vibration, mzunguko, bend na idadi ya kemikali huathiri njia ya macho, vigezo hivi vinabadilika sawa. Kuhisi kwa nyuzi za macho ni msingi wa uhusiano kati ya vigezo hivi na mambo ya nje kugundua idadi inayolingana ya mwili.
Kuna aina nyingi zaChanzo cha laserInatumika katika mifumo ya kuhisi nyuzi za macho, ambayo inaweza kugawanywa katika vikundi viwili: madhubutiVyanzo vya laserna vyanzo vya mwanga visivyo vya kawaida, visivyo sawaVyanzo vya MwangaHasa ni pamoja na taa za incandescent na diode zinazotoa mwanga, na vyanzo vya taa vinavyojumuisha ni pamoja na lasers thabiti, lasers kioevu, lasers za gesi,Semiconductor LasernaLaser ya nyuzi. Ifuatayo ni kwaChanzo cha taa ya laserInatumika sana katika uwanja wa kuhisi nyuzi katika miaka ya hivi karibuni: laini ya upana wa mstari wa moja-frequency moja, laser moja ya kufagia mara kwa mara na laser nyeupe.
1.1 Mahitaji ya Linewidth nyembambaVyanzo vya taa vya laser
Mfumo wa kuhisi nyuzi za nyuzi hauwezi kutengwa na chanzo cha laser, kama wimbi la mwanga wa kubeba ishara, chanzo cha taa ya laser yenyewe, kama vile utulivu wa nguvu, linewidth ya laser, kelele ya awamu na vigezo vingine kwenye umbali wa kugundua mfumo wa nyuzi, usahihi wa kugundua, unyeti na sifa za kelele zina jukumu la kuamua. Katika miaka ya hivi karibuni, na maendeleo ya mifumo ya kuhisi nguvu ya macho ya juu ya urefu wa juu, taaluma na tasnia imeweka mbele mahitaji madhubuti ya utendaji wa laini ya laser miniaturization, haswa katika: teknolojia ya kumbukumbu ya mara kwa mara (OFDR) hutumia teknolojia ya kugundua mara kwa mara, kwa wahusika wa hali ya juu wa macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya macho ya mara kwa mara, wide wide, opdr) matumizi ya mara kwa mara na optical formical opticacal (Optical formical optical (Optical forticals fortive formical optical precical (Optical fortical fortive, Optical fremical fortical fortive fortive, Optical fremical fortive fortive fortive fortive fortive fortive fortical for Optical fortive fortive forpIca. mita). Faida za azimio kubwa (azimio la kiwango cha millimeter) na unyeti wa hali ya juu (hadi -100 dBM) zimekuwa moja ya teknolojia zilizo na matarajio makubwa ya matumizi katika kipimo cha nyuzi za macho na teknolojia ya kuhisi. Msingi wa teknolojia ya OFDR ni kutumia chanzo cha taa inayoweza kufikiwa kufikia utaftaji wa frequency ya macho, kwa hivyo utendaji wa chanzo cha laser huamua mambo muhimu kama anuwai ya kugundua, unyeti na azimio. Wakati umbali wa uhakika wa tafakari uko karibu na urefu wa mshikamano, kiwango cha ishara ya beat kitapatikana kwa nguvu na mgawo wa kutosha/vene. Kwa chanzo cha taa cha Gaussian na sura ya kuvutia, ili kuhakikisha kuwa frequency ya beat ina mwonekano zaidi ya 90%, uhusiano kati ya upana wa mstari wa chanzo cha taa na urefu wa juu wa kuhisi ambao mfumo unaweza kufikia ni LMAX ~ 0.04Vg/F, ambayo inamaanisha kuwa kwa nyuzi iliyo na urefu wa km 80, upana wa mstari wa chanzo ni chini ya 100 Hz. Kwa kuongezea, maendeleo ya programu zingine pia huweka mbele mahitaji ya juu kwa mstari wa chanzo cha taa. Kwa mfano, katika mfumo wa hydrophone ya macho, mstari wa chanzo cha taa huamua kelele ya mfumo na pia huamua ishara ya chini ya mfumo. Katika Brillouin macho ya wakati wa kikoa cha kutafakari (BOTDR), azimio la kipimo cha joto na mafadhaiko imedhamiriwa na mstari wa chanzo cha taa. Katika gyro ya macho ya macho ya macho, urefu wa mshikamano wa wimbi la mwanga unaweza kuongezeka kwa kupunguza upana wa mstari wa chanzo cha taa, na hivyo kuboresha undani na kina cha resonance ya resonator, kupunguza upana wa mstari wa resonator, na kuhakikisha usahihi wa kipimo cha gyro ya macho ya nyuzi.
1.2 Mahitaji ya vyanzo vya laser ya kufagia
Laser moja ya wimbi la wavelength ina utendaji rahisi wa kugeuza wavelength, inaweza kuchukua nafasi ya pato nyingi za wavelength, kupunguza gharama ya ujenzi wa mfumo, ni sehemu muhimu ya mfumo wa kuhisi nyuzi za macho. Kwa mfano, katika kufuatilia kuhisi nyuzi za gesi, aina tofauti za gesi zina kilele tofauti za kunyonya gesi. Ili kuhakikisha ufanisi wa kunyonya mwanga wakati gesi ya kipimo inatosha na kufikia unyeti wa kipimo cha juu, ni muhimu kulinganisha wimbi la chanzo cha taa ya maambukizi na kilele cha kunyonya kwa molekuli ya gesi. Aina ya gesi ambayo inaweza kugunduliwa kimsingi imedhamiriwa na wimbi la chanzo cha mwanga. Kwa hivyo, lasers nyembamba za linewidth zilizo na utendaji thabiti wa tuning ya Broadband zina kubadilika kwa kiwango cha juu katika mifumo kama hiyo ya kuhisi. Kwa mfano, katika mifumo fulani ya kuhisi ya kuhisi nyuzi za macho iliyosambazwa kulingana na tafakari ya kikoa cha macho, laser inahitaji kuandaliwa haraka mara kwa mara ili kufikia ugunduzi wa hali ya juu na demokrasia ya ishara za macho, kwa hivyo kiwango cha moduli cha chanzo cha laser kina mahitaji ya juu, na kasi ya sweep ya laser inayoweza kubadilishwa kawaida inahitajika. Kwa kuongezea, laser ya laini ya laini ya laini ya laini pia inaweza kutumika sana katika LIDAR, kuhisi kwa mbali ya laser na uchambuzi wa hali ya juu wa azimio na uwanja mwingine wa kuhisi. Ili kukidhi mahitaji ya vigezo vya utendaji wa hali ya juu ya kushughulikia bandwidth, usahihi wa tuning na kasi ya kusongesha ya lasers moja-wimbi kwenye uwanja wa hisia za nyuzi, lengo la jumla la kusoma lasers nyembamba ya nyuzi katika miaka ya hivi karibuni ni kufikia kiwango cha juu cha kusudi la juu, kwa njia ya mwisho ya ultra-nodi, wigo wa kufuatia, ultra-rear-recision tu tuning katika wigo mkubwa wa wigow, wigow-noinwow linew-rear-recision tu tuning katika wigo mkubwa wa wigow, winow noinow linew-rearth, frequency ya nguvu ya nguvu na nguvu.
1.3 Mahitaji ya chanzo nyeupe cha laser
Katika uwanja wa kuhisi macho, laser ya taa nyeupe yenye ubora wa juu ni muhimu sana kuboresha utendaji wa mfumo. Upana zaidi wa chanjo ya laser nyeupe ya taa, matumizi yake zaidi katika mfumo wa kuhisi nyuzi za macho. Kwa mfano, wakati wa kutumia Fiber Bragg Grating (FBG) kuunda mtandao wa sensor, uchambuzi wa macho au njia ya kulinganisha ya vichungi inaweza kutumika kwa demokrasia. Ya zamani ilitumia spectrometer kujaribu moja kwa moja kila wimbi la fbg resonant kwenye mtandao. Mwisho hutumia kichujio cha kumbukumbu kufuatilia na kudhibiti FBG katika hisia, zote mbili zinahitaji chanzo cha taa pana kama chanzo cha taa ya mtihani kwa FBG. Kwa sababu kila mtandao wa ufikiaji wa FBG utakuwa na upotezaji fulani wa kuingiza, na ina bandwidth ya zaidi ya 0.1 nm, demokrasia ya wakati huo huo ya FBG nyingi inahitaji chanzo cha taa pana na nguvu kubwa na bandwidth ya juu. Kwa mfano, wakati wa kutumia muda mrefu wa nyuzi ya nyuzi (LPFG) kwa kuhisi, kwa kuwa bandwidth ya kilele cha upotezaji mmoja iko katika mpangilio wa 10 nm, chanzo pana cha taa ya wigo na bandwidth ya kutosha na wigo wa gorofa inahitajika kuashiria kwa usahihi sifa zake za kilele. Hasa, grating ya nyuzi ya acoustic (AIFG) iliyojengwa kwa kutumia athari ya macho ya macho inaweza kufikia safu ya wimbi la nguvu hadi 1000 nm kwa njia ya tuning ya umeme. Kwa hivyo, upimaji wa nguvu wa kueneza na safu ya upanaji wa hali ya juu huleta changamoto kubwa kwa safu ya upeo wa chanzo cha taa pana. Vivyo hivyo, katika miaka ya hivi karibuni, grating ya Bragg ya Bragg pia imetumika sana katika uwanja wa kuhisi nyuzi. Kwa sababu ya sifa zake za upotezaji wa kiwango cha juu, safu ya usambazaji wa wimbi kawaida inaweza kufikia 40 nm. Utaratibu wake wa kuhisi kawaida ni kulinganisha harakati za jamaa kati ya kilele nyingi za maambukizi, kwa hivyo inahitajika kupima wigo wake wa maambukizi kabisa. Bandwidth na nguvu ya chanzo pana cha taa ya wigo inahitajika kuwa juu.
2. Hali ya utafiti nyumbani na nje ya nchi
2.1 Chanzo cha taa nyembamba ya laser
2.1.1 Semiconductor nyembamba ya Linewidth Semiconductor iliyosambazwa laser
Mnamo 2006, Cliche et al. kupunguza kiwango cha MHz cha semiconductorDFB Laser(Maoni yaliyosambazwa laser) kwa kiwango cha KHz kwa kutumia njia ya maoni ya umeme; Mnamo mwaka wa 2011, Kessler et al. Kutumika joto la chini na utulivu wa juu wa glasi moja ya glasi pamoja na udhibiti wa maoni ya kazi ili kupata pato la laser la mwisho la 40 MHz; Mnamo 2013, Peng et al alipata pato la semiconductor laser na mstari wa 15 kHz kwa kutumia njia ya marekebisho ya maoni ya Fabry-Perot (FP). Njia ya maoni ya umeme ilitumia hasa maoni ya utulivu wa mabwawa ya uwanja wa mabwawa kufanya mstari wa laser wa chanzo cha taa kupunguzwa. Mnamo 2010, Bernhardi et al. Iliyotengenezwa 1 cm ya erbium-doped alumina FBG kwenye substrate ya oksidi ya silicon kupata pato la laser na upana wa mstari wa karibu 1.7 kHz. Katika mwaka huo huo, Liang et al. Kutumia majibu ya sindano ya kibinafsi ya kutawanyika kwa nyuma kwa Rayleigh iliyoundwa na resonator ya ukuta wa juu-Q kwa semiconductor laser-upana wa upana, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, na mwishowe ilipata pato la upana wa laser la 160 Hz.
Mtini. 1 (a) Mchoro wa semiconductor laser linewidth compression kulingana na sindano ya kibinafsi ya Rayleigh ya kutawanya kwa mode ya nyumba ya sanaa ya nje;
(b) wigo wa frequency ya laser ya bure ya semiconductor na linewidth ya 8 MHz;
(c) wigo wa frequency ya laser na linewidth iliyoshinikizwa hadi 160 Hz
2.1.2 Nyembamba Linewidth Fiber Laser
Kwa lasers za nyuzi za cavity, pato nyembamba la laser la njia moja ya longitudinal hupatikana kwa kufupisha urefu wa resonator na kuongeza muda wa hali ya longitudinal. Mnamo 2004, Spiegelberg et al. Kupata pato moja la longitudinal linewidth laser na linewidth ya 2 kHz kwa kutumia njia fupi ya DBR. Mnamo 2007, Shen et al. Kutumia nyuzi 2 cm erbium-doped silicon nyuzi kuandika FBG kwenye nyuzi ya bi-ge-doped photosensitive, na kuibadilisha na nyuzi inayofanya kazi kuunda cavity ya laini, na kufanya upana wake wa pato la laser chini ya 1 kHz. Mnamo 2010, Yang et al. Kutumia 2cm doped fupi laini ya laini pamoja na kichujio cha FBG nyembamba kupata pato moja la laser la longitudinal na upana wa mstari wa chini ya 2 kHz. Mnamo mwaka wa 2014, timu hiyo ilitumia cavity fupi ya laini (resonator ya pete iliyosongeshwa) pamoja na kichujio cha FBG-FP kupata pato la laser na upana wa laini ya laini, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Mnamo 2012, Cai et al. Kutumia muundo mfupi wa cavity 1.4cm kupata pato la laser ya polarizing na nguvu ya pato kubwa kuliko MW 114, wimbi kuu la 1540.3 nm, na upana wa mstari wa 4.1 kHz. Mnamo 2013, Meng et al. Kutumika kutawanyika kwa brillouin ya nyuzi za erbium-doped na pete fupi ya kifaa cha kuhifadhi kamili ili kupata hali moja ya muda mrefu, pato la chini la kelele la laser na nguvu ya pato la 10 MW. Mnamo mwaka wa 2015, timu hiyo ilitumia pete ya pete iliyojumuisha nyuzi za erbium-doped-erbium-doped kama Brillouin kutawanya kupata kati kupata kizingiti cha chini na pato la laser nyembamba.
Mtini. 2 (a) Mchoro wa schematic wa laser ya SLC fiber;
(b) Lineshape ya ishara ya heterodyne iliyopimwa na kuchelewesha kwa nyuzi 97.6 km
Wakati wa chapisho: Novemba-20-2023