Laser boarne technology foaroptyske fibersensing Part One
Optyske glêstried sensing technology is in soarte fan sensing technology ûntwikkele tegearre mei optyske glêstried technology en glêstried kommunikaasje technology, en it is wurden ien fan de meast aktive tûken fan photoelectric technology.Optyske glêstried sensing systeem is benammen gearstald út laser, transmission fiber, sensing elemint as modulaasje gebiet, ljocht detection en oare dielen.De parameters dy't beskriuwe de skaaimerken fan ljocht wave befetsje yntinsiteit, golflingte, faze, polarisaasje steat, ensfh Dizze parameters kinne feroare wurde troch eksterne ynfloeden yn glêstried transmissie.Bygelyks, as temperatuer, spanning, druk, stroom, ferpleatsing, trilling, rotaasje, bûgen en gemyske kwantiteit ynfloed op it optyske paad, feroarje dizze parameters oerienkommende.Optyske fiber-sensing is basearre op 'e relaasje tusken dizze parameters en eksterne faktoaren om de oerienkommende fysike hoemannichten te detektearjen.
Der binne in protte soarten fanlaser boarnebrûkt yn glêstried sensing systemen, dat kin wurde ferdield yn twa kategoryen: gearhingjendlaser boarnenen ynkoherinte ljocht boarnen, ûngearhingjendljocht boarnenomfetsje benammen gloeilampe en ljocht-emittearjende diodes, en gearhingjende ljochtboarnen omfetsje solide lasers, floeibere lasers, gaslasers,semiconductor laserenfiber laser.It folgjende is benammen foar delaser ljocht boarnein soad brûkt op it mêd fan fiber sensing yn de ôfrûne jierren: smelle line breedte single-frekwinsje laser, single-wavelength sweep frekwinsje laser en wite laser.
1.1 Easken foar smelle linewidthlaser ljocht boarnen
Fiber sensing systeem kin net skieden wurde fan de laser boarne, as de mjitten sinjaal drager ljocht welle, laser ljocht boarne sels prestaasjes, lykas macht stabiliteit, laser line breedte, faze lûd en oare parameters op de glêstried sensing systeem detection ôfstân, detection krektens, gefoelichheid en lûd skaaimerken spylje in beslissende rol.Yn de ôfrûne jierren, mei de ûntwikkeling fan lange-ôfstân ultra-hege resolúsje optyske glêstried sensing systemen, akademy en yndustry hawwe steld strangere easken foar de linewidth prestaasjes fan laser miniaturization, benammen yn: optyske frekwinsje domein refleksje (OFDR) technology brûkt gearhingjend detection technology te analysearjen de backrayleigh ferspraat sinjalen fan optyske fezels yn it frekwinsje domein, mei in brede dekking (tûzenen meters).De foardielen fan hege resolúsje (resolúsje op millimeternivo) en hege gefoelichheid (oant -100 dBm) binne ien fan 'e technologyen wurden mei brede tapassingsperspektyf yn ferspraat optyske fibermjitting en sensingtechnology.De kearn fan OFDR-technology is om ynstelbere ljochtboarne te brûken om optyske frekwinsje-tuning te berikken, sadat de prestaasjes fan 'e laserboarne de kaaifaktoaren bepaalt lykas OFDR-deteksjeberik, gefoelichheid en resolúsje.As de ôfstân fan it refleksjepunt ticht by de gearhinglingte is, sil de yntensiteit fan it beatsinjaal eksponinsjele ferswakke wurde troch de koeffizient τ/τc.Foar in Gaussian ljocht boarne mei in spektrale foarm, om te soargjen dat de beat frekwinsje hat mear as 90% sichtberens, de relaasje tusken de line breedte fan de ljocht boarne en de maksimale sensing lingte dat it systeem kin berikke is Lmax ~ 0.04vg /f, wat betsjut dat foar in glêstried mei in lingte fan 80 km de linebreedte fan de ljochtboarne minder is as 100 Hz.Dêrnjonken stelde de ûntwikkeling fan oare tapassingen ek hegere easken foar de linebreedte fan 'e ljochtboarne.Bygelyks, yn it optyske glêstriedhydrofoansysteem bepaalt de linewidth fan 'e ljochtboarne it systeemlûd en bepaalt ek it minimale mjitbere sinjaal fan it systeem.Yn Brillouin optyske tiiddomeinreflektor (BOTDR) wurdt de mjitresolúsje fan temperatuer en stress benammen bepaald troch de linewidth fan 'e ljochtboarne.Yn in resonator fiber Optic gyro, de gearhing lingte fan 'e ljocht weach kin wurde ferhege troch it ferminderjen fan de line breedte fan' e ljocht boarne, dêrmei it ferbetterjen fan de fynheid en resonânsje djipte fan 'e resonator, it ferminderjen fan de line breedte fan' e resonator, en it garandearjen fan de mjitting krektens fan de Fiber Optic gyro.
1.2 Easken foar sweep laser boarnen
Single golflingte sweep laser hat fleksibele golflingte tuning prestaasjes, kin ferfange meardere útfier fêste golflingte lasers, ferminderjen de kosten fan systeem konstruksje, is in ûnmisber ûnderdiel fan glêstried sensing systeem.Bygelyks, by it waarnimmen fan trace gasfaser, hawwe ferskate soarten gassen ferskate gasabsorpsjonspeaks.Om de effisjinsje fan ljochtabsorption te garandearjen as it mjitgas genôch is en hegere mjittingsensibiliteit te berikken, is it needsaaklik om de golflingte fan 'e oerdracht ljochtboarne út te lijnen mei de absorption pyk fan' e gasmolekule.It type gas dat kin wurde ûntdutsen wurdt yn essinsje bepaald troch de golflingte fan 'e sensearjende ljochtboarne.Dêrom hawwe smelle linewidth lasers mei stabile breedbân tuning prestaasjes hegere mjitting fleksibiliteit yn sokke sensing systemen.Bygelyks, yn guon ferspraat optyske glêstried sensing systemen basearre op optyske frekwinsje domein refleksje, de laser moat wurde fluch periodyk sweed te berikken hege-precision gearhingjende deteksje en demodulation fan optyske sinjalen, sadat de modulaasje taryf fan de laser boarne hat relatyf hege easken , en de sweep snelheid fan de ferstelbere laser is meastal nedich om te berikken 10 pm / μs.Dêrneist kin de golflingte ynstelbere smelle linewidth laser ek in soad brûkt wurde yn liDAR, laser remote sensing en hege resolúsje spektrale analyze en oare sensing fjilden.Om te foldwaan oan 'e easken fan hege prestaasjes parameters fan tuning bânbreedte, tuning krektens en tuning snelheid fan single-wavelength lasers op it mêd fan glêstried sensing, it algemiene doel fan it bestudearjen fan ôfstimd smelle breedte fiber lasers yn de ôfrûne jierren is it berikken fan hege- Precision tuning yn in grutter golflingte berik op basis fan it ferfoljen fan ultra-smelle laser linewidth, ultra-lege faze lûd, en ultra-stabile útfier frekwinsje en macht.
1.3 Fraach nei wite laser ljocht boarne
Op it mêd fan optyske sensing is heechweardige wite ljochtlaser fan grutte betsjutting om de prestaasjes fan it systeem te ferbetterjen.De breder it spektrum fan dekking fan wyt ljocht laser, de wiidweidiger syn tapassing yn optyske glêstried sensing systeem.Bygelyks, by it brûken fan fibre Bragg grating (FBG) foar it bouwen fan in sensornetwurk, koe spektrale analyze of ynstelbere filter oerienkommende metoade wurde brûkt foar demodulaasje.De eardere brûkte in spektrometer om elke FBG-resonânsjegolflingte yn it netwurk direkt te testen.De lêste brûkt in referinsjefilter om de FBG te folgjen en te kalibrearjen yn 'e sensing, dy't beide in breedbânljochtboarne nedich binne as testljochtboarne foar de FBG.Omdat elk FBG tagong netwurk sil hawwe in bepaalde ynfoegingsferlies, en hat in bânbreedte fan mear as 0,1 nm, fereasket de simultane demodulation fan meardere FBG in breedbân ljocht boarne mei hege macht en hege bânbreedte.Bygelyks, by it brûken fan lange perioade fiber grating (LPFG) foar sensing, sûnt de bânbreedte fan in inkele ferlies pyk is yn de folchoarder fan 10 nm, in breed spektrum ljocht boarne mei genôch bânbreedte en relatyf plat spektrum is nedich om sekuer karakterisearjen syn resonânsje. peak eigenskippen.Benammen akoestyske fibre grating (AIFG) konstruearre troch it brûken fan akoesto-optyske effekt kin berikke in ôfstimming berik fan resonânsjefellingte oant 1000 nm troch middel fan elektryske tuning.Dêrom, dynamyske grating testen mei sa'n ultra-breed tuning berik foarmet in grutte útdaging foar de bânbreedte berik fan in breed-spektrum ljocht boarne.Lykas, yn 'e ôfrûne jierren, tilted Bragg fiber grating is ek in soad brûkt op it mêd fan fiber sensing.Troch syn skaaimerken fan multi-peak ferliesspektrum kin it berik fan golflingteferdieling normaal 40 nm berikke.Syn sensing meganisme is meastal te fergelykjen de relative beweging ûnder meardere oerdracht pieken, dus it is nedich om te mjitten syn oerdracht spektrum folslein.De bânbreedte en krêft fan 'e breedspektrum ljochtboarne moatte heger wêze.
2. Undersykstatus yn binnen- en bûtenlân
2.1 Smel linewidth laser ljocht boarne
2.1.1 Smel linewidth semiconductor ferspraat feedback laser
In 2006, Cliche et al.fermindere de MHz skaal fan semiconductorDFB laser(ferspraat feedback laser) nei kHz skaal mei help fan elektryske feedback metoade;In 2011, Kessler et al.brûkt lege temperatuer en hege stabiliteit single crystal holte kombinearre mei aktive feedback kontrôle te krijen ultra-smel linewidth laser útfier fan 40 MHz;Yn 2013, Peng et al krigen in semiconductor laser útfier mei in linewidth fan 15 kHz troch it brûken fan de metoade fan eksterne Fabry-Perot (FP) feedback oanpassing.De elektryske feedbackmetoade brûkt benammen de Pond-Drever-Hall frekwinsjestabilisaasjefeedback om de laserlinebreedte fan 'e ljochtboarne te ferminderjen.In 2010, Bernhardi et al.produsearre 1 sm erbium-doped alumina FBG op in silisium okside substraat te krijen in laser útfier mei in line breedte fan likernôch 1,7 kHz.Yn itselde jier, Liang et al.brûkte de sels-ynjeksje feedback fan efterút Rayleigh ferstruit foarme troch in hege-Q echo muorre resonator foar semiconductor laser line-breedte kompresje, lykas werjûn yn figuer 1, en úteinlik krige in smelle line-width laser útfier fan 160 Hz.
figuer 1 (in) Diagram fan semiconductor laser linewidth kompresje basearre op de sels-ynjeksje Rayleigh ferstruit fan eksterne flústerjende gallery modus resonator;
(b) Frekwinsje spektrum fan de frij rinnende semiconductor laser mei linewidth fan 8 MHz;
(c) Frekwinsjespektrum fan 'e laser mei linewidth komprimearre oant 160 Hz
2.1.2 Smel linewidth fiber laser
Foar lineêre holte fiber lasers, de smelle linewidth laser útfier fan inkele longitudinale modus wurdt krigen troch in koarter de lingte fan de resonator en it fergrutsjen fan de longitudinale modus ynterval.In 2004, Spiegelberg et al.krigen in inkele longitudinale modus smelle linewidth laser útfier mei in linewidth fan 2 kHz troch mei help fan DBR koarte holte metoade.In 2007, Shen et al.brûkt in 2 sm swier erbium-doped silisium fiber foar in skriuwen FBG op in Bi-Ge co-doped fotosensitive fiber, en fusearre it mei in aktive fiber foar in foarm fan in kompakte lineêre holte, wêrtroch't syn laser útfier line breedte minder as 1 kHz.In 2010, Yang et al.brûkt in 2cm heech doped koarte lineêre holte kombinearre mei in smelband FBG filter foar in fa in inkele longitudinale modus laser útfier mei in line breedte fan minder as 2 kHz.Yn 2014, it team brûkt in koarte lineêre holte (firtuele folded ring resonator) kombinearre mei in FBG-FP filter foar in fa in laser útfier mei in smellere line breedte, lykas werjûn yn figuer 3. Yn 2012, Cai et al.brûkte in 1.4cm koarte holtestruktuer om in polarisearjende laserútfier te krijen mei in útfierkrêft grutter dan 114 mW, in sintrale golflingte fan 1540.3 nm, en in linebreedte fan 4.1 kHz.In 2013, Meng et al.brûkt Brillouin ferstruit fan erbium-doped fiber mei in koarte ring holte fan in folsleine-bias behâld apparaat te krijen in single-longitudinale modus, low-fase noise laser útfier mei in útfier macht fan 10 mW.Yn 2015 brûkte it team in ringholte gearstald út 45 sm erbium-gedopte glêstried as it Brillouin-ferstrooiingswinstmedium om in laserútfier mei lege drompel en smelle linewidth te krijen.
figuer 2 (in) Skematyske tekening fan de SLC fiber laser;
(b) Lineshape fan it heterodyne sinjaal mjitten mei 97,6 km fiber fertraging
Post tiid: Nov-20-2023