Teicneòlas stòr laser airsonfibre optica’ mothachadh Pàirt a h-Aon
Tha teicneòlas mothachaidh snàithleach optigeach na sheòrsa de theicneòlas mothachaidh a chaidh a leasachadh còmhla ri teicneòlas snàithleach optigeach agus teicneòlas conaltraidh fiber optigeach, agus tha e air fàs gu bhith mar aon de na meuran as gnìomhaiche de theicneòlas photoelectric.Tha siostam mothachaidh snàithleach optigeach sa mhòr-chuid air a dhèanamh suas de leusair, snàithleach tar-chuir, eileamaid mothachaidh no raon atharrachaidh, lorg solais agus pàirtean eile.Tha na paramadairean a tha a’ toirt cunntas air feartan tonn solais a’ toirt a-steach dian, tonn-tonn, ìre, staid polarachaidh, msaa. Dh’ fhaodadh na paramadairean sin atharrachadh le buaidh bhon taobh a-muigh ann an tar-chuir fiber optigeach.Mar eisimpleir, nuair a bheir teòthachd, cuideam, cuideam, sruth, gluasad, crith, cuairteachadh, lùbadh agus meud ceimigeach buaidh air an t-slighe optigeach, bidh na paramadairean sin ag atharrachadh a rèir sin.Tha mothachadh snàithleach optigeach 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 destòr laserair a chleachdadh ann an siostaman mothachaidh snàithleach optigeach, a dh’ fhaodar a roinn ann an dà roinn: ciallachstòran laseragus tobraichean solais neo-chinnteach, neo-chinnteachstòran solaistha a’ mhòr-chuid a’ toirt a-steach solas gealbhruthach agus diodes sgaoileadh solais, agus tha stòran solais ciallach a’ toirt a-steach lasers cruaidh, leusair lionn, lasers gas,laser semiconductoragusleusair freumhag.Tha na leanas gu ìre mhòr airson anstòr solais laserair a chleachdadh gu farsaing ann an raon mothachaidh fiber anns na bliadhnachan mu dheireadh: leusair aon-tricead leud loidhne cumhang, leusair tricead sguab aon-tonn agus leusair geal.
1.1 Riatanasan airson loidhne-phìoban cumhangstòran solais laser
Chan urrainnear siostam mothachaidh snàithleach optigeach a sgaradh bhon stòr laser, mar an tonn solais giùlan comharra tomhaiste, coileanadh an stòr solais laser fhèin, leithid seasmhachd cumhachd, loidhne laser, fuaim ìre agus paramadairean eile air astar lorg siostam mothachaidh optigeach, lorg tha àite cinnteach aig cruinneas, cugallachd agus feartan fuaim.Anns na bliadhnachan mu dheireadh, le leasachadh siostaman mothachaidh snàithleach optigeach aig astar fada, tha an saoghal acadaimigeach agus gnìomhachas air riatanasan nas cruaidhe a chuir air adhart airson coileanadh sreathach de mhion-sgrùdadh laser, gu sònraichte ann an: teicneòlas meòrachaidh àrainn tricead optigeach (OFDR) a’ cleachdadh gu ciallach teicneòlas lorg gus mion-sgrùdadh a dhèanamh air comharran sgapte backrayleigh de snàithleach optigeach anns an raon tricead, le còmhdach farsaing (mìltean de mheatairean).Tha na buannachdan bho rùn àrd (rùn ìre millimeter) agus cugallachd àrd (suas gu -100 dBm) air a thighinn gu bhith mar aon de na teicneòlasan le dùilean tagraidh farsaing ann an teicneòlas tomhais agus mothachaidh snàithleach optigeach sgaoilte.Is e cridhe teicneòlas OFDR a bhith a’ cleachdadh stòr solais tunable gus gleusadh tricead optigeach a choileanadh, agus mar sin bidh coileanadh an stòr laser a’ dearbhadh na prìomh nithean leithid raon lorgaidh OFDR, cugallachd agus rùn.Nuair a tha astar a’ phuing meòrachaidh faisg air an fhad co-leanailteachd, bidh dian a’ chomharra buille air a lughdachadh gu h-obann leis a’ cho-èifeachd τ/τc.Airson stòr solais Gaussian le cumadh speactram, gus dèanamh cinnteach gu bheil barrachd air 90% faicsinneachd aig tricead buille, is e Lmax ~ 0.04vg an dàimh eadar leud loidhne an stòr solais agus an fhaid mothachaidh as àirde as urrainn don t-siostam a choileanadh / f, a tha a’ ciallachadh, airson fiber 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 air adhart riatanasan nas àirde airson loidhne-loidhne an stòr solais.Mar eisimpleir, anns an t-siostam hydrophone fiber optigeach, bidh loidhne-loidhne an stòr solais a ’dearbhadh fuaim an t-siostam agus cuideachd a’ dearbhadh an comharra as ìsle a ghabhas tomhas den t-siostam.Ann an sgàthan àrainn ùine optigeach Brillouin (BOTDR), tha an rùn tomhais teòthachd agus cuideam air a dhearbhadh sa mhòr-chuid le loidhne-loidhne an stòr solais.Ann an gyro fiber optic resonator, faodar fad co-leanailteachd an tonn solais a mheudachadh le bhith a ’lughdachadh leud loidhne an stòr solais, agus mar sin a’ leasachadh doimhneachd agus doimhneachd ath-shuidheachadh an resonator, a ’lughdachadh leud loidhne an resonator, agus a’ dèanamh cinnteach à tomhas cruinneas an gyro fibre optic.
1.2 Riatanasan airson stòran laser sguab
Tha coileanadh gleusadh tonn-tonn sùbailte aig leusair sguabaidh tonn-tonn singilte, faodaidh e leusairean tonn-tonn stèidhichte ioma-thoradh a chuir an àite, lughdachadh cosgais togail siostam, tha e na phàirt riatanach den t-siostam mothachaidh snàithleach optigeach.Mar eisimpleir, ann an lorg snàithleach gas lorgaidh, tha diofar sheòrsaichean de ghasaichean aig diofar stùcan sùghaidh gas.Gus dèanamh cinnteach à èifeachdas sùghaidh solais nuair a tha an gas tomhais gu leòr agus gus mothachadh tomhais nas àirde a choileanadh, feumar tonn-tonn an stòr solais tar-chuir a cho-thaobhadh ri stùc in-ghabhail a’ mholacile gas.Tha an seòrsa gas a lorgar gu bunaiteach air a dhearbhadh le tonn-tonn an stòr solais mothachaidh.Mar sin, tha sùbailteachd tomhais nas àirde aig lasers sreathach cumhang le coileanadh gleusadh bann-leathann seasmhach ann an leithid de shiostaman mothachaidh.Mar eisimpleir, ann an cuid de shiostaman mothachaidh snàithleach optigeach sgaoilte stèidhichte air meòrachadh àrainn tricead optigeach, feumaidh an leusair a bhith air a sguabadh gu sgiobalta bho àm gu àm gus lorg agus demodulation comharran optigeach àrd-chruinneas a choileanadh, agus mar sin tha riatanasan coimeasach àrd aig ìre atharrachaidh an stòr laser , agus mar as trice feumar astar sguab an leusair a ghabhas atharrachadh gus 10f / μs a ruighinn.A bharrachd air an sin, faodar an leusair lionn-leathann cumhang tonn-tonn a chleachdadh gu farsaing ann an liDAR, mothachadh laser iomallach agus mion-sgrùdadh speactra àrd-rùn agus raointean mothachaidh eile.Gus coinneachadh ri riatanasan paramadairean àrd-choileanadh leud-bann gleusaidh, cruinneas gleusadh agus astar gleusaidh lasers aon-tonn ann an raon mothachadh snàithleach, is e an amas iomlan a bhith a’ sgrùdadh leusairean snàithleach leud cumhang tunable anns na bliadhnachan mu dheireadh a bhith a’ coileanadh àrd-choileanadh. gleusadh mionaideachd ann an raon tonn-tonn nas motha air bunait a bhith a’ leantainn loidhne-loidhne laser ultra-caol, fuaim ìre ultra-ìosal, agus tricead toraidh ultra-sheasmhach agus cumhachd.
1.3 Iarrtas airson stòr solais laser geal
Ann an raon mothachaidh optigeach, tha leusair solais geal àrd-inbhe air leth cudromach airson coileanadh an t-siostaim a leasachadh.Mar as fharsainge an còmhdach speactram de leusair solais geal, is ann as fharsainge a thèid a chleachdadh ann an siostam mothachaidh snàithleach optigeach.Mar eisimpleir, nuair a bhios tu a’ cleachdadh snàithleach Bragg grating (FBG) gus lìonra mothachaidh a thogail, dh’ fhaodadh mion-sgrùdadh speactra no modh maidsidh sìoltachain tunable a bhith air a chleachdadh airson demodulation.Chleachd a’ chiad fhear spectrometer gus deuchainn dìreach a dhèanamh air gach tonn-tonn athshondach FBG san lìonra.Bidh an tè mu dheireadh a’ cleachdadh criathrag iomraidh gus an FBG a lorg agus a chalpachadh anns an t-seallaidheachd, agus feumaidh an dà chuid stòr solais bann-leathann mar stòr solais deuchainn airson an FBG.Leis gum bi call cuir a-steach sònraichte aig gach lìonra ruigsinneachd FBG, agus leud-bann nas motha na 0.1 nm, tha feum air demodulation ioma FBG aig an aon àm air stòr solais bann-leathann le cumhachd àrd agus leud-bann àrd.Mar eisimpleir, nuair a bhios tu a’ cleachdadh grating snàithleach ùine fhada (LPFG) airson mothachadh, leis gu bheil leud-bann aon stùc call timcheall air 10 nm, tha feum air stòr solais speactram farsaing le leud-bann gu leòr agus speactram gu ìre mhath rèidh gus a shusbaint a chomharrachadh gu ceart. feartan àrd-ìre.Gu sònraichte, faodaidh grating snàithleach fuaimneach (AIFG) a chaidh a thogail le bhith a’ cleachdadh buaidh acousto-optigeach raon gleusaidh de thonn athshondach suas gu 1000 nm a choileanadh tro ghleusadh dealain.Mar sin, tha deuchainn grating fiùghantach le raon gleusaidh ultra-leathann na dhùbhlan mòr don raon leud-bann de stòr solais speactram farsaing.San aon dòigh, anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh grating fiber Bragg teilt cuideachd a chleachdadh gu farsaing ann an raon mothachadh freumhag.Mar thoradh air na feartan speactram call ioma-mhullach aige, mar as trice faodaidh an raon cuairteachaidh tonn-tonn ruighinn 40 nm.Is e an dòigh mothachaidh aige mar as trice coimeas a dhèanamh eadar a’ ghluasad càirdeach am measg ioma stùcan tar-chuir, agus mar sin feumar an speactram sgaoilidh aige a thomhas gu tur.Feumaidh 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 laser loidhne caol
2.1.1 Leusair fios-air-ais air a sgaoileadh le loidhne caol semiconductor
Ann an 2006, chaidh Cliche et al.Lùghdaich sgèile MHz de semiconductorDFB leusair(leusair fios-air-ais air a chuairteachadh) gu sgèile kHz a’ cleachdadh modh fios air ais dealain;Ann an 2011, Kessler et al.cleachdadh teòthachd ìosal agus àrd seasmhachd aon chriostail còmhla ri smachd fios-air-ais gnìomhach gus toradh laser loidhne-chumhang ultra-caol fhaighinn de 40 MHz;Ann an 2013, fhuair Peng et al toradh laser semiconductor le loidhne-loidhne de 15 kHz le bhith a’ cleachdadh an dòigh airson atharrachadh fios-air-ais Fabry-Perot (FP) taobh a-muigh.Bha am modh fios-air-ais dealain gu ìre mhòr a’ cleachdadh fios air ais seasmhachd tricead Pond-Drever-Hall gus an loidhne laser den stòr solais a lughdachadh.Ann an 2010, Bernhardi et al.thug e a-mach 1 cm de alùmanum le dop erbium FBG air substrate silicon oxide gus toradh laser fhaighinn le leud loidhne timcheall air 1.7 kHz.Anns an aon bhliadhna, Liang et al.chleachd iad fios air ais fèin-stealladh bho sgapadh Rayleigh air ais air a chruthachadh le resonator balla mac-talla àrd-Q airson teannachadh leud loidhne laser semiconductor, mar a chithear ann am Figear 1, agus mu dheireadh fhuair e toradh laser cumhang leud loidhne de 160 Hz.
Fig. 1 (a) Diagram de dhlùthadh loidhne-loidhne laser semiconductor stèidhichte air an fèin-stealladh Rayleigh a 'sgapadh de ghailearaidh uisge-beatha taobh a-muigh modh resonator;
(b) Sgeama tricead an leusair leth-chonnsair a tha a’ ruith gu saor le loidhne-loidhne de 8 MHz;
(c) Sgeama tricead an leusair le loidhne-loidhne air a dhlùthadh gu 160 Hz
2.1.2 Leusair snàithleach sreathach cumhang
Airson leusairean snàithleach cuibhle sreathach, gheibhear toradh laser sreathach cumhang de mhodh fad-ùine singilte le bhith a’ giorrachadh fad an resonator agus ag àrdachadh an eadar-ama modh fad-ùine.Ann an 2004, Spiegelberg et al.fhuair sinn aon mhodh fad-ùine toradh laser sreathach cumhang le loidhne-loidhne de 2 kHz le bhith a’ cleachdadh modh cuibhle goirid DBR.Ann an 2007, Shen et al.chleachd e snàithleach sileacain le dopadh erbium 2 cm gu mòr gus FBG a sgrìobhadh air snàithleach photosensitive co-dhop Bi-Ge, agus cheangail e le snàithleach gnìomhach gus cuas sreathach teann a chruthachadh, a’ dèanamh leud an loidhne toraidh laser aige nas lugha na 1 kHz.Ann an 2010, Yang et al.chleachd iad cuas sreathach goirid 2cm làn doped còmhla ri sìoltachan FBG bann caol gus aon toradh laser modh fad-ùine fhaighinn le leud loidhne nas lugha na 2 kHz.Ann an 2014, chleachd an sgioba cuibhle sreathach goirid (ath-shuidheachadh 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, chaidh Cai et al.chleachd iad structar cuibhle goirid 1.4cm gus toradh laser polarizing fhaighinn le cumhachd toraidh nas motha na 114 mW, tonn-tonn sa mheadhan de 1540.3 nm, agus leud loidhne de 4.1 kHz.Ann an 2013, Meng et al.chleachd iad Brillouin a’ sgapadh snàithleach dopaichte erbium le cuas fàinne goirid de inneal gleidhidh làn-chlaonadh gus modh aon-fhad fhaighinn, toradh leusair fuaim ìre ìosal le cumhachd toraidh de 10 mW.Ann an 2015, chleachd an sgioba cuas fàinne air a dhèanamh suas de snàithleach 45 cm le doped erbium mar mheadhan buannachd sgapaidh Brillouin gus stairsneach ìosal agus toradh laser sreathach cumhang fhaighinn.
Fig. 2 (a) Dealbh sgeamach den leusair freumhag SLC;
(b) Cruth loidhne a’ chomharra heterodyne air a thomhas le dàil fiber 97.6 km
Ùine puist: Samhain-20-2023