үчүн лазер булагы технологиясыоптикалык буласезүү Биринчи бөлүк
Оптикалык була сезгич технологиясы оптикалык була технологиясы жана оптикалык була байланыш технологиясы менен бирге иштелип чыккан сезүү технологиясынын бир түрү болуп саналат, ал фотоэлектрдик технологиянын активдүү тармактарынын бири болуп калды. Оптикалык була сезгич системасы негизинен лазерден, өткөрүү буласынан, сезүүчү элементтен же модуляция аянтынан, жарыкты аныктоочу жана башка бөлүктөрдөн турат. Жарык толкунунун мүнөздөмөлөрүн сүрөттөгөн параметрлерге интенсивдүүлүк, толкун узундугу, фаза, поляризация абалы ж.б. кирет. Бул параметрлер оптикалык була өткөрүүдө тышкы таасирлерден улам өзгөрүшү мүмкүн. Мисалы, оптикалык жолго температура, деформация, басым, ток, жылышуу, титирөө, айлануу, ийилиш жана химиялык чоңдук таасир эткенде, бул параметрлер тиешелүү түрдө өзгөрөт. Оптикалык була сезгич тиешелүү физикалык чоңдуктарды аныктоо үчүн бул параметрлер менен тышкы факторлордун ортосундагы байланышка негизделген.
көп түрлөрү барлазер булагыэки категорияга бөлүүгө болот оптикалык була сезгич системаларында колдонулат: когеренттүүлазер булактарыжана когерентсиз жарык булактары, когерентсизжарык булактарынегизинен ысытуу жарыгын жана жарык чыгаруучу диоддорду камтыйт, ал эми когеренттүү жарык булактарына катуу лазерлер, суюк лазерлер, газ лазерлери,жарым өткөргүч лазержанабула лазер. Төмөнкүлөр негизинен үчүнлазердик жарык булагыакыркы жылдары жипче сезүү тармагында кеңири колдонулган: тар сызык туурасы бир жыштык лазер, бир толкун узундуктагы шыпыргыч жыштык лазер жана ак лазер.
1.1 Тар сызыктын туурасына талаптарлазердик жарык булактары
Оптикалык була сезгич системасын лазер булагынан бөлүүгө болбойт, анткени өлчөнгөн сигнал ташуучу жарык толкуну, лазердик жарык булагынын өзү иштеши, мисалы, кубаттуулуктун туруктуулугу, лазер линиясынын кеңдиги, фазалык ызы-чуу жана оптикалык була сезгич системасынын аралыкты аныктоо боюнча башка параметрлери, аныктоо тактык, сезгичтик жана ызы-чуу мүнөздөмөлөрү чечүүчү ролду ойнойт. Акыркы жылдары, алыс аралыктагы ультра жогорку резолюциядагы оптикалык була сезгич системаларынын өнүгүшү менен академия жана өнөр жай лазерди миниатюризациялоонун линиясынын кеңдигине катуу талаптарды коюшту, негизинен: оптикалык жыштык доменин чагылдыруу (OFDR) технологиясы когеренттүү колдонот. Жыштык домениндеги оптикалык булалардын арткы чачыранды сигналдарын талдоо үчүн аныктоо технологиясы, кеңири камтуу (миңдеген метр). Жогорку резолюциянын (миллиметрлик деңгээлдеги резолюция) жана жогорку сезгичтиктин (-100 дБмге чейин) артыкчылыктары бөлүштүрүлгөн оптикалык була өлчөө жана сезүү технологиясында кеңири колдонуу келечеги бар технологиялардын бири болуп калды. OFDR технологиясынын өзөгү оптикалык жыштык тюнингге жетүү үчүн жөндөлүүчү жарык булагын колдонуу болуп саналат, ошондуктан лазер булагынын иштеши OFDR аныктоо диапазону, сезгичтиги жана чечими сыяктуу негизги факторлорду аныктайт. Чагылуунун чекитинин аралыгы когеренттик узундукка жакын болгондо, согуу сигналынын интенсивдүүлүгү τ/τc коэффициенти менен экспоненциалдуу түрдө алсыратат. Спектралдык формадагы Гаусс жарык булагы үчүн, согуу жыштыгы 90%дан ашык көрүнүү мүмкүнчүлүгүн камсыз кылуу үчүн, жарык булагынын сызык туурасы менен система жетише ала турган максималдуу сезүү узундугунун ортосундагы байланыш Lmax ~ 0,04vg болуп саналат. /f, бул узундугу 80 км болгон була үчүн жарык булагынын линиясынын туурасы 100 Гцтен аз экенин билдирет. Мындан тышкары, башка колдонмолорду иштеп чыгуу, ошондой эле жарык булагынын линиясына жогорку талаптарды койду. Мисалы, оптикалык булалуу гидрофондук системада жарык булагынын сызыгы системанын ызы-чуусун аныктайт, ошондой эле системанын минималдуу өлчөнгөн сигналын аныктайт. Brillouin оптикалык убакыт домен чагылдыргычында (BOTDR) температураны жана стрессти өлчөө чечими негизинен жарык булагынын сызыгынын кеңдиги менен аныкталат. Резонатордук була-оптикалык гиродо жарык толкунунун когеренттүү узундугун жарык булагынын сызыгынын туурасын азайтуу менен көбөйтүүгө болот, ошону менен резонатордун майдалыгын жана резонанстык тереңдигин жакшыртса, резонатордун сызык туурасын азайтып, өлчөөнү камсыз кылат. була-оптикалык гиростун тактыгы.
1.2 Лазердик булактарга талаптар
Жалгыз толкун узундуктагы шыпыруучу лазер ийкемдүү толкун узундугун тюнинг көрсөткүчүнө ээ, бир нече чыгуучу туруктуу толкун узундуктагы лазерлерди алмаштыра алат, системаны куруунун баасын төмөндөтөт, оптикалык була сезгич системасынын ажырагыс бөлүгү болуп саналат. Мисалы, из газ буласын сезүү, газдардын ар кандай түрлөрү ар кандай газ жутуу чокулары бар. Өлчөө газы жетиштүү болгондо жарыкты жутуу эффективдүүлүгүн камсыз кылуу жана өлчөөнүн жогорку сезгичтигине жетишүү үчүн, өткөрүүчү жарык булагынын толкун узундугун газ молекуласынын жутуу чокусу менен тегиздөө керек. Табылган газдын түрү негизинен сезүүчү жарык булагынын толкун узундугу менен аныкталат. Ошондуктан, туруктуу кең тилкелүү тюнинг көрсөткүчү менен тар линия лазерлери мындай сезүү системаларында өлчөө ийкемдүүлүгүнө ээ. Мисалы, оптикалык жыштык доменин чагылдырууга негизделген кээ бир бөлүштүрүлгөн оптикалык була сезгич системаларында оптикалык сигналдарды жогорку тактыктагы когеренттүү аныктоого жана демодуляциялоого жетишүү үчүн лазерди тез мезгил-мезгили менен шыпырып туруу керек, ошондуктан лазер булагынын модуляция ылдамдыгы салыштырмалуу жогорку талаптарга ээ. , жана жөнгө салынуучу лазердин тазалоо ылдамдыгы адатта 10 pm/μs жетиши үчүн талап кылынат. Мындан тышкары, толкун узундугун жөндөөчү тар сызык лазерин liDAR, лазердик алыстан зонддоо жана жогорку резолюциядагы спектралдык анализ жана башка сезүү талааларында кеңири колдонсо болот. Була сезүү тармагында бир толкун узундуктагы лазерлерди тюнинг өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн, тюнинг тактыгынын жана баптоо ылдамдыгынын жогорку өндүрүмдүүлүгүнүн параметрлеринин талаптарын канааттандыруу үчүн, акыркы жылдарда тууралануучу тар тууралуу була лазерлерин изилдөөнүн жалпы максаты - булалардын эң жогорку сапаттарына жетишүү. ультра кууш лазердик линияны, ультра төмөн фазалык ызы-чууну жана ультра туруктуу чыгуу жыштыгын жана кубаттуулугун издөөнүн негизинде чоңураак толкун узундугу диапазонунда так тууралоо.
1.3 Ак лазердик жарык булагына суроо-талап
Оптикалык сезүү тармагында жогорку сапаттагы ак жарык лазери системанын иштешин жакшыртуу үчүн чоң мааниге ээ. Ак жарык лазеринин спектри канчалык кең болсо, анын оптикалык була сезгич системасында колдонулушу ошончолук кеңири болот. Мисалы, сенсордук тармакты куруу үчүн була Брегг торлорун (FBG) колдонууда, демодуляция үчүн спектрдик талдоо же тууралануучу чыпкага дал келүү ыкмасы колдонулушу мүмкүн. Биринчиси тармактагы ар бир FBG резонанстык толкун узундугун түздөн-түз текшерүү үчүн спектрометрди колдонгон. Акыркысы сезгичте FBGге көз салуу жана калибрлөө үчүн шилтеме чыпкасын колдонот, алардын экөө тең FBG үчүн сыноо жарык булагы катары кең тилкелүү жарык булагын талап кылат. Ар бир FBG кирүү тармагы белгилүү бир киргизүү жоготууга ээ болот жана 0,1 нмден ашык өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ болгондуктан, бир нече FBG бир убакта демодуляциясы жогорку кубаттуулуктагы жана жогорку өткөрүү жөндөмдүүлүгү менен кең тилкелүү жарык булагын талап кылат. Мисалы, сезүү үчүн узак мөөнөттүү була торлорун (LPFG) колдонууда, бир жоготуу чокусунун өткөрүү жөндөмдүүлүгү 10 нм тартибинде болгондуктан, анын резонансын так мүнөздөш үчүн жетиштүү өткөрүү жөндөмдүүлүгү жана салыштырмалуу жалпак спектри бар кең спектрдеги жарык булагы талап кылынат. жогорку өзгөчөлүктөрү. Атап айтканда, акустикалык-оптикалык эффектти колдонуу менен курулган акустикалык була торлору (AIFG) электрдик тюнинг аркылуу 1000 нмге чейин резонанстык толкун узундугунун тюнинг диапазонуна жете алат. Ошондуктан, мындай ультра-кең тюнинг диапазону менен динамикалык торду сыноо кең спектрдеги жарык булагынын өткөрүү жөндөмдүүлүгү диапазонуна чоң кыйынчылык туудурат. Ошо сыяктуу эле, акыркы жылдары, ийилген Bragg була торлору да көп жипче сезүү тармагында колдонулат. Көп чокулуу жоготуу спектринин мүнөздөмөлөрүнөн улам толкун узундугунун таралуу диапазону адатта 40 нмге жетиши мүмкүн. Анын сезүү механизми адатта бир нече берүү чокуларынын ортосундагы салыштырмалуу кыймылды салыштыруу болуп саналат, ошондуктан анын берүү спектрин толугу менен өлчөө зарыл. Кең спектрдеги жарык булагынын өткөрүү жөндөмдүүлүгү жана кубаттуулугу жогору болушу талап кылынат.
2. Үйдө жана чет өлкөдө изилдөө абалы
2.1 Лазердик жарыктын тар булагы
2.1.1 Тар сызык жарым өткөргүч бөлүштүрүлгөн пикир лазер
2006-жылы, Cliche et al. жарым өткөргүчтүн МГц шкаласын кыскарттыDFB лазер(бөлүштүрүлгөн пикир лазер ) электрдик пикир ыкмасын колдонуу менен kHz шкала; 2011-жылы, Kessler et al. 40 МГц ультра тар линия туурасы лазер чыгаруу үчүн активдүү пикир башкаруу менен бирге төмөнкү температура жана жогорку туруктуулук бир кристаллдык көңдөй колдонулат; 2013-жылы, Peng жана башкалар тышкы Fabry-Perot (FP) пикир тууралоо ыкмасын колдонуу менен 15 кГц сызык менен жарым өткөргүч лазер чыгарууну алган. Электрдик пикир ыкмасы, негизинен, жарык булагынын лазердик линиясын азайтуу үчүн Pond-Drever-Hall жыштыгын турукташтыруу боюнча пикирди колдонду. 2010-жылы, Bernhardi et al. 1,7 кГц сызык туурасы менен лазердик чыгарууну алуу үчүн кремний кычкылынын субстратында 1 см эрбий кошулган глинозем FBG өндүрүлгөн. Ошол эле жылы Лян жана башкалар. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй жарым өткөргүч лазер линиясынын кеңдигин кысуу үчүн жогорку Q-эхо дубал резонатору тарабынан түзүлгөн артка кеткен Рэйлинин чачыратуусунун өзүн-өзү инъекциялоочу пикирди колдонду жана акырында 160 Гц тар сызык кеңдигиндеги лазердин чыгышын алды.
1-сүрөт (а) Сырткы шыбыраш галерея режиминин резонаторунун өзүн-өзү инъекциялоочу Рэйлинин чачырашынын негизинде жарым өткөргүчтүү лазердик сызыктын кеңдигин кысуу диаграммасы;
(б) 8 МГц линиясынын туурасы менен эркин жүрүүчү жарым өткөргүч лазердин жыштык спектри;
(c) 160 Гц чейин кысылган сызык туурасы менен лазердин жыштык спектри
2.1.2 Тар сызыктуу була лазер
Сызыктуу көңдөй була лазерлери үчүн бир узунунан режимдин тар сызыктагы лазердик чыгышы резонатордун узундугун кыскартуу жана узунунан режимдин интервалын көбөйтүү жолу менен алынат. 2004-жылы, Spiegelberg et al. DBR кыска көңдөй ыкмасын колдонуу менен 2 кГц сызыктын туурасы менен бир узунунан кеткен режимдин тар сызыгынын лазер чыгаруусун алган. 2007-жылы Шен жана башкалар. 2 см катуу эрбий кошулган кремний буласын Bi-Ge биргелешип кошулган фотосезгич буласына FBG жазуу үчүн колдонду жана аны жигердүү жипче менен бириктирип, компакт сызыктуу көңдөйдү пайда кылып, анын лазер чыгаруу сызыгынын туурасын 1 кГцден кем кылды. 2010-жылы Янг жана башкалар. 2 кГц кем сызык туурасы менен бир узунунан режимде лазер чыгарууну алуу үчүн кууш тилкелүү FBG чыпкасы менен айкалышкан 2 см жогорку кошулмаланган кыска сызыктуу көңдөйдү колдонду. 2014-жылы команда 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, FBG-FP чыпкасы менен айкалышкан кыска сызыктуу көңдөйдү (виртуалдык бүктөлгөн шакек резонатору) колдонгон, 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 2012-жылы Cai et al. чыгаруу кубаттуулугу 114 мВттан жогору, борбордук толкун узундугу 1540,3 нм жана линиясынын туурасы 4,1 кГц болгон поляризациялоочу лазердин чыгышын алуу үчүн 1,4 см кыска көңдөй структурасын колдонгон. 2013-жылы, Meng et al. 10 мВт чыгуу кубаттуулугу менен бир узунунан режимди, аз фазалуу ызы-чуу лазер чыгарууну алуу үчүн толук тенденттүү сактоочу түзүлүштүн кыска шакекче көңдөйү менен эрбий кошулган буладан Брилуин чачыратуу колдонулган. 2015-жылы команда 45 см эрбий кошулган буладан турган шакекче көңдөйүн Brillouin чачыранды өстүрүүчү каражат катары колдонду, бул төмөнкү чекти жана тар линиядагы лазердин чыгышын алуу үчүн.
2-сүрөт (а) SLC була лазеринин схемалык сүрөтү;
(б) 97,6 км була кечигүү менен өлчөнгөн гетеродин сигналынын сызык формасы
Посттун убактысы: Ноябр-20-2023