Teicneòlas stòr laser airsonsnàithleach optaigeachmothachadh Pàirt a h-Aon
’S e seòrsa de theicneòlas mothachaidh a th’ ann an teicneòlas mothachaidh snàithleach optaigeach a chaidh a leasachadh còmhla ri teicneòlas snàithleach optaigeach agus teicneòlas conaltraidh snàithleach optaigeach, agus tha e air a bhith mar aon de na meuran as gnìomhaiche de theicneòlas foto-dealain. Tha siostam mothachaidh snàithleach optaigeach air a dhèanamh suas sa mhòr-chuid de leusair, snàithleach tar-chuir, eileamaid mothachaidh no raon modulachaidh, lorg solais agus pàirtean eile. Am measg nam paramadairean a tha a’ toirt cunntas air feartan tonn solais tha dian, tonn-fhaid, ìre, staid polarachaidh, msaa. Faodaidh buaidhean bhon taobh a-muigh ann an tar-chur snàithleach optaigeach na paramadairean sin atharrachadh. Mar eisimpleir, nuair a bheir teòthachd, deformachadh, cuideam, sruth, gluasad, crith, cuairteachadh, lùbadh agus meud ceimigeach buaidh air an t-slighe optaigeach, bidh na paramadairean sin ag atharrachadh a rèir sin. Tha mothachadh snàithleach optaigeach stèidhichte air an dàimh eadar na paramadairean sin agus factaran bhon taobh a-muigh gus na meudan corporra co-fhreagarrach a lorg.
Tha iomadh seòrsa ann destòr laserair a chleachdadh ann an siostaman mothachaidh snàithleach optaigeach, a dh'fhaodar a roinn ann an dà roinn: co-leanailteachstòran laseragus stòran solais neo-cho-chòrdail, neo-cho-chòrdailstòran solaissa mhòr-chuid a’ toirt a-steach solas gealbhruthach agus dà-odan a bhios a’ leigeil a-mach solas, agus tha stòran solais co-leanailteach a’ toirt a-steach leusairean cruaidh, leusairean leaghaidh, leusairean gas,laser leth-chonnsachaidhaguslaser snàithleachTha an leanas sa mhòr-chuid airson anstòr solais laserair a chleachdadh gu farsaing ann an raon mothachaidh snàithleach anns na bliadhnachan mu dheireadh: laser aon-tricead leud loidhne chumhang, laser tricead sguabaidh aon-thonnfhaid agus laser geal.
1.1 Riatanasan airson leud-loidhne chumhangstòran solais laser
Chan urrainnear siostam mothachaidh snàithleach optaigeach a sgaradh bhon stòr laser, leis gu bheil tonn solais giùlain an t-soidhne a chaidh a thomhas, coileanadh stòr solais laser fhèin, leithid seasmhachd cumhachd, leud-loidhne laser, fuaim ìre agus paramadairean eile a’ cluich pàirt chinnteach air astar lorg, cruinneas lorg, cugallachd agus feartan fuaim an t-siostam mothachaidh snàithleach optaigeach. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, le leasachadh siostaman mothachaidh snàithleach optaigeach rùn-astar fìor àrd, tha an saoghal acadaimigeach agus gnìomhachas air riatanasan nas cruaidhe a chuir air adhart airson coileanadh leud-loidhne miniaturization laser, gu sònraichte ann an: teicneòlas meòrachaidh raon tricead optaigeach (OFDR) a’ cleachdadh teicneòlas lorg co-leanailteach gus comharran sgapte backrayleigh de shnàithleach optaigeach a sgrùdadh anns an raon tricead, le còmhdach farsaing (miltean de mheatairean). Tha buannachdan rùn-àrd (rùn ìre millimeatair) agus cugallachd àrd (suas ri -100 dBm) air a bhith mar aon de na teicneòlasan le cothroman tagraidh farsaing ann an teicneòlas tomhais agus mothachaidh snàithleach optaigeach sgaoilte. Is e cridhe teicneòlas OFDR stòr solais atharrachail a chleachdadh gus gleusadh tricead optaigeach a choileanadh, agus mar sin tha coileanadh stòr laser a’ dearbhadh nam prìomh nithean leithid raon lorg OFDR, cugallachd agus rùn. Nuair a bhios astar a’ phuing meòrachaidh faisg air fad na co-leanailteachd, thèid dian a’ chomharra buille a lughdachadh gu h-eas-chruthach leis a’ cho-èifeachd τ/τc. Airson stòr solais Gaussian le cumadh speactram, gus dèanamh cinnteach gu bheil faicsinneachd nas motha na 90% aig tricead a’ bhuille, is e an dàimh eadar leud loidhne an stòr solais agus an fhaid mothachaidh as motha as urrainn don t-siostam a choileanadh Lmax ~ 0.04vg / f, a tha a’ ciallachadh, airson snàithleach le fad 80 km, gu bheil leud loidhne an stòr solais nas lugha na 100 Hz. A bharrachd air an sin, tha leasachadh thagraidhean eile cuideachd a’ cur riatanasan nas àirde air adhart airson leud loidhne an stòr solais. Mar eisimpleir, anns an t-siostam haidreafon snàithleach optigeach, bidh leud loidhne an stòr solais a’ dearbhadh fuaim an t-siostaim agus cuideachd a’ dearbhadh an comharra as lugha a ghabhas tomhas den t-siostam. Ann am meòrachadh raon-ama optigeach Brillouin (BOTDR), tha rùn tomhais teòthachd agus cuideam air a dhearbhadh sa mhòr-chuid le leud loidhne an stòr solais. Ann an gyro snàithleach optaigeach ath-shondair, faodar fad co-leanailteachd na tonn solais a mheudachadh le bhith a’ lughdachadh leud loidhne an stòr solais, agus mar sin a’ leasachadh mìnead agus doimhneachd ath-shondais an ath-shondair, a’ lughdachadh leud loidhne an ath-shondair, agus a’ dèanamh cinnteach à cruinneas tomhais a’ gyro snàithleach optaigeach.
1.2 Riatanasan airson stòran laser sguabaidh
Tha coileanadh gleusaidh tonn-fhaid sùbailte aig leusair sguabaidh aon-thonn-fhaid, faodaidh e iomadh leusair tonn-fhaid stèidhichte toraidh a chur an àite, cosgais togail an t-siostaim a lughdachadh, agus tha e na phàirt riatanach de shiostam mothachaidh snàithleach optaigeach. Mar eisimpleir, ann am mothachaidh snàithleach gas lorg, tha diofar mhullaichean gabhail a-steach gas aig diofar sheòrsaichean gas. Gus dèanamh cinnteach à èifeachdas gabhail a-steach solais nuair a tha an gas tomhais gu leòr agus gus cugallachd tomhais nas àirde a choileanadh, feumar tonn-fhaid an stòr solais tar-chuir a cho-thaobhadh ri mullach gabhail a-steach moileciuil a’ ghasa. Tha an seòrsa gas a dh’ fhaodar a lorg gu ìre mhòr air a dhearbhadh le tonn-fhaid an stòr solais mothachaidh. Mar sin, tha sùbailteachd tomhais nas àirde aig leusairean leud-loidhne cumhang le coileanadh gleusaidh leathan-bann seasmhach ann an siostaman mothachaidh mar sin. Mar eisimpleir, ann an cuid de shiostaman mothachaidh snàithleach optaigeach sgaoilte stèidhichte air meòrachadh raon tricead optaigeach, feumar an leusair a sguabadh gu luath bho àm gu àm gus lorg co-leanailteach àrd-chruinneas agus dì-mhodúlachadh chomharran optaigeach a choileanadh, agus mar sin tha riatanasan coimeasach àrd aig ìre modulachaidh an stòr laser, agus mar as trice feumar gum bi astar sguabaidh an leusair atharrachail a’ ruighinn 10 pm/μs. A bharrachd air an sin, faodar an leusair leud-loidhne cumhang atharraichte tonn-fhaid a chleachdadh gu farsaing ann an liDAR, mothachadh iomallach leusair agus mion-sgrùdadh speactram àrd-rèiteachaidh agus raointean mothachaidh eile. Gus coinneachadh ri riatanasan paramadairean àrd-choileanaidh leud-bann atharraichte, cruinneas atharraichte agus astar atharraichte leusairean aon-thonn-fhaid ann an raon mothachaidh snàithleach, is e amas iomlan sgrùdadh leusairean snàithleach leud-chumhang atharraichte anns na bliadhnachan mu dheireadh atharraichteachd àrd-chruinneas a choileanadh ann an raon tonn-fhaid nas motha stèidhichte air leud-loidhne leusair ultra-chumhang, fuaim ìre ultra-ìosal, agus tricead agus cumhachd toraidh ultra-sheasmhach.
1.3 Iarrtas airson stòr solais leusair geal
Ann an raon mothachaidh optaigeach, tha leusair solais gheal àrd-inbhe air leth cudromach airson coileanadh an t-siostaim a leasachadh. Mar as fharsainge còmhdach speactram leusair solais gheal, ’s ann as fharsainge a thèid a chur an sàs ann an siostam mothachaidh snàithleach optaigeach. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ cleachdadh grating Bragg fiber (FBG) gus lìonra mothachaidh a thogail, dh’ fhaodadh mion-sgrùdadh speactram no dòigh maidseadh sìoltachain atharrachail a bhith air an cleachdadh airson dì-mhodúlachadh. Chleachd a’ chiad fhear speactrometer gus gach tonn-fhaid ath-shondach FBG anns an lìonra a dhearbhadh gu dìreach. Bidh an tè mu dheireadh a’ cleachdadh sìoltachan iomraidh gus an FBG a leantainn agus a chalabrachadh anns an mhothachadh, agus feumaidh an dà chuid stòr solais leathann-bann mar stòr solais deuchainn airson an FBG. Leis gum bi call cuir a-steach sònraichte aig gach lìonra ruigsinneachd FBG, agus gu bheil leud-bann nas motha na 0.1 nm aige, feumaidh dì-mhodúlachadh aig an aon àm iomadh FBG stòr solais leathann-bann le cumhachd àrd agus leud-bann àrd. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ cleachdadh grèata snàithleach fad-ùine (LPFG) airson mothachadh, leis gu bheil leud-bann mullach call singilte timcheall air 10 nm, feumar stòr solais speactram farsaing le leud-bann gu leòr agus speactram coimeasach rèidh gus feartan a’ mhullaich ath-shondach aige a chomharrachadh gu ceart. Gu sònraichte, faodaidh grèata snàithleach fuaimneach (AIFG) a chaidh a thogail le bhith a’ cleachdadh buaidh fuaimneach-optaigeach raon gleusaidh de thonnan-fada ath-shondach suas ri 1000 nm a choileanadh tro bhith a’ cleachdadh gleusadh dealain. Mar sin, tha deuchainn grèata fiùghantach le raon gleusaidh cho farsaing na dhùbhlan mòr do raon leud-bann stòr solais speactram farsaing. San aon dòigh, anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh grèata snàithleach Bragg claon a chleachdadh gu farsaing ann an raon mothachadh snàithleach. Air sgàth a fheartan speactram call ioma-mhullach, mar as trice faodaidh an raon cuairteachaidh tonn-fada ruighinn 40 nm. Mar as trice is e an dòigh mothachaidh aige coimeas a dhèanamh eadar an gluasad coimeasach am measg iomadh mullach tar-chuir, agus mar sin feumar an speactram tar-chuir aige a thomhas gu tur. Feumar leud-bann agus cumhachd an stòr solais speactram farsaing a bhith nas àirde.
2. Inbhe rannsachaidh aig an taigh agus thall thairis
2.1 Stòr solais leusair leud-loidhne cumhang
2.1.1 Leusair fios-air-ais sgaoilte leth-chonnsachaidh leud-loidhne cumhang
Ann an 2006, lughdaich Cliche et al. sgèile MHz leth-chonnsachaidhLeusair DFB(leusair fios-air-ais sgaoilte) gu sgèile kHz a’ cleachdadh dòigh fios-air-ais dealain; Ann an 2011, chleachd Kessler et al. cuas criostail singilte aig teòthachd ìosal agus seasmhachd àrd còmhla ri smachd fios-air-ais gnìomhach gus toradh leusair leud-loidhne ultra-chumhang de 40 MHz fhaighinn; Ann an 2013, fhuair Peng et al toradh leusair leth-chonnsachaidh le leud-loidhne de 15 kHz le bhith a’ cleachdadh dòigh atharrachadh fios-air-ais taobh a-muigh Fabry-Perot (FP). Chleachd an dòigh fios-air-ais dealain sa mhòr-chuid fios-air-ais seasmhachd tricead Pond-Drever-Hall gus leud-loidhne leusair an stòr solais a lùghdachadh. Ann an 2010, rinn Bernhardi et al. 1 cm de alumina FBG le doping erbium air fo-strat silicon ocsaid gus toradh leusair fhaighinn le leud-loidhne de mu 1.7 kHz. Anns an aon bhliadhna, rinn Liang et al. chleachd iad fios-air-ais fèin-in-stealladh sgapadh Rayleigh air ais a chaidh a chruthachadh le ath-shondair balla mac-talla àrd-Q airson teannachadh leud-loidhne laser leth-chonnsachaidh, mar a chithear ann am Figear 1, agus mu dheireadh fhuair iad toradh laser leud-loidhne cumhang de 160 Hz.
Figear 1 (a) Diagram de dhlùthadh leud-loidhne leusair leth-chonnsachaidh stèidhichte air sgapadh Rayleigh fèin-stealladh ath-shondair modh gailearaidh cogarsaich taobh a-muigh;
(b) Speactram tricead an leusair leth-chonnsachaidh saor-ruith le leud-loidhne de 8 MHz;
(c) Speactram tricead an leusair le leud-loidhne air a dhlùthadh gu 160 Hz
2.1.2 Leusair snàithleach leud-loidhne cumhang
Airson leusairean snàithleach cuas loidhneach, gheibhear toradh leusair leud-loidhne cumhang de mhodh singilte fada-ùine le bhith a’ giorrachadh fad an ath-shondair agus a’ meudachadh an eadar-ama modh fada-ùine. Ann an 2004, fhuair Spiegelberg et al. toradh leusair leud-loidhne cumhang aon mhodh fada-ùine le leud-loidhne de 2 kHz le bhith a’ cleachdadh dòigh cuas goirid DBR. Ann an 2007, chleachd Shen et al. snàithleach silicon 2 cm le doping erbium trom gus FBG a sgrìobhadh air snàithleach mothachail air solas le co-dop Bi-Ge, agus cheangail iad e le snàithleach gnìomhach gus cuas loidhneach teann a chruthachadh, a’ dèanamh leud loidhne toraidh an leusair nas lugha na 1 kHz. Ann an 2010, chleachd Yang et al. cuas loidhneach goirid 2cm le doping àrd còmhla ri criathrag FBG cumhang gus toradh leusair modh fada-ùine singilte fhaighinn le leud-loidhne nas lugha na 2 kHz. Ann an 2014, chleachd an sgioba cuas goirid loidhneach (ath-shuidheadair fàinne fillte brìgheil) còmhla ri criathrag FBG-FP gus toradh laser fhaighinn le leud loidhne nas cumhainge, mar a chithear ann am Figear 3. Ann an 2012, chleachd Cai et al. structar cuas goirid 1.4cm gus toradh laser polarizing fhaighinn le cumhachd toraidh nas motha na 114 mW, tonn-fhaid meadhanach de 1540.3 nm, agus leud loidhne de 4.1 kHz. Ann an 2013, chleachd Meng et al. sgapadh Brillouin de shnàithleach le doping erbium le cuas fàinne goirid de inneal gleidhidh làn-chlaonadh gus toradh laser fuaim ìosal-ìre, modh aon-fhaid fhaighinn le cumhachd toraidh de 10 mW. Ann an 2015, chleachd an sgioba cuas fàinne air a dhèanamh suas de shnàithleach le doping erbium 45 cm mar mheadhan buannachd sgapadh Brillouin gus toradh laser stairsneach ìosal agus leud loidhne cumhang fhaighinn.
Figear 2 (a) Dealbh sgemataigeach den leusair snàithleach SLC;
(b) Cruth-loidhne a’ chomharra heterodyne air a thomhas le dàil snàithleach 97.6 km
Àm puist: 20 dhen t-Samhain 2023