Ukadaulo wa laser source waulusi wowalakuzindikira Gawo Loyamba
Ukadaulo wodziwa kuwala kwa ulusi ndi mtundu wa ukadaulo wodziwa kuwala womwe wapangidwa pamodzi ndi ukadaulo wa ulusi wowala komanso ukadaulo wolumikizirana ndi ulusi wowala, ndipo wakhala umodzi mwa nthambi zogwira ntchito kwambiri muukadaulo wamagetsi. Dongosolo lodziwa kuwala kwa ulusi wowala limapangidwa makamaka ndi laser, ulusi wotumizira, gawo lozindikira kapena malo osinthira kuwala, kuzindikira kuwala ndi zina. Magawo omwe amafotokoza makhalidwe a mafunde a kuwala akuphatikizapo mphamvu, kutalika kwa nthawi, gawo, momwe ma polarization alili, ndi zina zotero. Magawo awa amatha kusinthidwa ndi mphamvu zakunja pakutumiza ulusi wowala. Mwachitsanzo, pamene kutentha, kupsinjika, kuthamanga, mphamvu, kusuntha, kugwedezeka, kuzungulira, kupindika ndi kuchuluka kwa mankhwala zimakhudza njira yowunikira, magawo awa amasintha motsatana. Kudziwa ulusi wowala kumadalira ubale womwe ulipo pakati pa magawo awa ndi zinthu zakunja kuti zizindikire kuchuluka koyenera kwa thupi.
Pali mitundu yambiri yagwero la laseramagwiritsidwa ntchito mu makina oonera ulusi wa kuwala, omwe angagawidwe m'magulu awiri: ogwirizanamagwero a laserndi magwero osamveka bwino a kuwala, osamveka bwinomagwero a kuwalaMakamaka muli kuwala kwa incandescent ndi ma diode otulutsa kuwala, ndipo magwero owunikira ogwirizana ndi ma laser olimba, ma laser amadzimadzi, ma laser a gasi,laser ya semiconductorndilaser ya ulusiZotsatirazi makamaka ndi zagwero la kuwala kwa laseramagwiritsidwa ntchito kwambiri m'munda wa kuzindikira ulusi m'zaka zaposachedwa: laser yopapatiza yokhala ndi mzere wopapatiza, laser yofikira mafunde amodzi ndi laser yoyera.
1.1 Zofunikira pa mulifupi wopapatiza wa mzeremagwero a kuwala kwa laser
Dongosolo lozindikira ulusi wa kuwala silingathe kulekanitsidwa ndi gwero la laser, chifukwa mafunde owunikira oyezedwa, gwero la kuwala la laser lokha, magwiridwe antchito ake, monga kukhazikika kwa mphamvu, m'lifupi mwa mzere wa laser, phokoso la gawo ndi magawo ena pamakina ozindikira ulusi wa kuwala, kulondola kozindikira, kukhudzidwa ndi mawonekedwe a phokoso zimagwira ntchito yofunika kwambiri. M'zaka zaposachedwa, ndi chitukuko cha makina ozindikira ulusi wa kuwala akutali kwambiri, maphunziro ndi mafakitale apereka zofunikira kwambiri pakugwira ntchito kwa mzere wa kuwala kwa laser miniaturization, makamaka mu: ukadaulo wa optical frequency domain reflection (OFDR) umagwiritsa ntchito ukadaulo wozindikira wogwirizana kuti ufufuze zizindikiro zofalikira za ulusi wa kuwala m'dera la frequency, ndi kufalikira kwakukulu (mamita masauzande ambiri). Ubwino wa kutsimikizika kwakukulu (kutsimikizika kwa millimeter-level) ndi kutsimikizika kwakukulu (mpaka -100 dBm) kwakhala imodzi mwaukadaulo wokhala ndi mwayi wogwiritsa ntchito kwambiri muukadaulo woyezera ulusi wa kuwala wogawidwa. Pakati pa ukadaulo wa OFDR ndikugwiritsa ntchito gwero lowunikira losinthika kuti mukwaniritse kusintha kwa pafupipafupi kwa kuwala, kotero magwiridwe antchito a gwero la laser amatsimikiza zinthu zofunika monga kuchuluka kwa kuzindikira kwa OFDR, kukhudzidwa ndi kutsimikizika. Pamene mtunda wa malo owunikira uli pafupi ndi kutalika kwa mgwirizano, mphamvu ya chizindikiro cha kugunda idzachepetsedwa kwambiri ndi coefficient τ/τc. Pa gwero la kuwala la Gaussian lomwe lili ndi mawonekedwe a spectral, kuti zitsimikizire kuti ma frequency a kugunda ali ndi mawonekedwe opitilira 90%, ubale pakati pa m'lifupi mwa mzere wa gwero la kuwala ndi kutalika kwakukulu kwa kuzindikira komwe dongosolo lingathe kukwaniritsa ndi Lmax~0.04vg/f, zomwe zikutanthauza kuti pa ulusi wokhala ndi kutalika kwa 80 km, m'lifupi mwa mzere wa gwero la kuwala ndi wochepera 100 Hz. Kuphatikiza apo, chitukuko cha mapulogalamu ena chimaperekanso zofunikira zapamwamba pa mzere wa mzere wa gwero la kuwala. Mwachitsanzo, mu dongosolo la hydrophone la fiber optical fiber, mzere wa mzere wa gwero la kuwala umatsimikiza phokoso la dongosolo ndipo umazindikiranso chizindikiro chochepa kwambiri choyezera cha dongosolo. Mu Brillouin optical time domain reflector (BOTDR), kuyeza kwa kutentha ndi kupsinjika kumatsimikiziridwa makamaka ndi mzere wa mzere wa gwero la kuwala. Mu resonator fiber optic gyro, kutalika kwa mgwirizano wa mafunde a kuwala kumatha kuwonjezeredwa mwa kuchepetsa m'lifupi mwa mzere wa gwero la kuwala, motero kumawonjezera kusalala ndi kuya kwa resonator, kuchepetsa m'lifupi mwa mzere wa resonator, ndikuwonetsetsa kuti fiber optic gyro ikuyesedwa molondola.
1.2 Zofunikira pa magwero a laser yoswerera
Laser imodzi yoyesera mafunde imakhala ndi magwiridwe antchito osinthasintha, imatha kusintha ma laser ambiri okhazikika a mafunde, imachepetsa mtengo womanga makina, ndipo ndi gawo lofunika kwambiri la makina owunikira ulusi. Mwachitsanzo, powunikira ulusi wa mpweya wotsatira, mitundu yosiyanasiyana ya mpweya imakhala ndi ma peak osiyanasiyana owunikira mpweya. Pofuna kuonetsetsa kuti kuwala kumayamwa bwino pamene mpweya woyezera uli wokwanira ndikupeza mphamvu yoyezera yapamwamba, ndikofunikira kugwirizanitsa kutalika kwa kuwala kwa gwero lotumizira ndi kutalika kwa kuyamwa kwa molekyulu ya mpweya. Mtundu wa mpweya womwe ungadziwike umatsimikiziridwa makamaka ndi kutalika kwa kuwala kwa gwero lowunikira. Chifukwa chake, ma laser opapatiza okhala ndi magwiridwe antchito okhazikika a broadband ali ndi kusinthasintha kwakukulu kwa kuyeza m'makina owunikira otere. Mwachitsanzo, m'makina ena owunikira ulusi wogawika kutengera kuwala kwa ma frequency domain reflection, laser iyenera kusunthidwa mwachangu nthawi ndi nthawi kuti ipeze kuzindikira kolondola komanso kuchepetsedwa kwa zizindikiro za kuwala, kotero kuchuluka kwa modulation kwa gwero la laser kumakhala ndi zofunikira zambiri, ndipo liwiro losunthika la laser yosinthika nthawi zambiri limafunika kuti lifike 10 pm/μs. Kuphatikiza apo, laser yopingasa yopingasa ya mafunde ingagwiritsidwenso ntchito kwambiri mu liDAR, laser remote sensing ndi high-resolution spectral analysis ndi madera ena ozindikira. Pofuna kukwaniritsa zofunikira za magwiridwe antchito apamwamba a bandwidth yosinthira, kulondola kosintha ndi liwiro losinthira la ma laser a single-wavelength m'munda wa fiber sensing, cholinga chachikulu chophunzirira ma laser a fiber opingasa opingasa m'zaka zaposachedwa ndikukwaniritsa kusintha kolondola kwambiri pamlingo waukulu wa mafunde potengera kutsata ultra-narrow laser linewidth, ultra-low phase noise, ndi ultra-stable output frequency ndi mphamvu.
1.3 Kufunika kwa gwero la kuwala koyera kwa laser
Pankhani yowunikira kuwala, laser yoyera yapamwamba kwambiri ndi yofunika kwambiri pakukweza magwiridwe antchito a dongosololi. Kufalikira kwakukulu kwa laser yoyera, kumawonjezera kugwiritsidwa ntchito kwake mu dongosolo lowunikira ulusi wa kuwala. Mwachitsanzo, pogwiritsa ntchito fiber Bragg grating (FBG) popanga netiweki ya sensor, kusanthula kwa spectral kapena njira yofananira ndi zosefera zitha kugwiritsidwa ntchito pochotsa ma electrode. Yoyamba idagwiritsa ntchito spectrometer kuyesa mwachindunji kutalika kulikonse kwa FBG resonant mu netiweki. Yomalizayi imagwiritsa ntchito fyuluta yowunikira kuti itsatire ndikulinganiza FBG mu sensing, zonse ziwiri zimafuna gwero la kuwala kwa broadband ngati gwero la kuwala koyesera la FBG. Chifukwa netiweki iliyonse yolowera ya FBG idzakhala ndi kutayika kwina, ndipo ili ndi bandwidth yoposa 0.1 nm, kuchotsera nthawi imodzi kwa FBG yambiri kumafuna gwero la kuwala kwa broadband lomwe lili ndi mphamvu yayikulu komanso bandwidth yayikulu. Mwachitsanzo, pogwiritsa ntchito njira yolumikizira ulusi wautali (LPFG) pozindikira, popeza mphamvu ya bandwidth ya peak imodzi yotayika ili mu dongosolo la 10 nm, gwero la kuwala la broad spectrum lomwe lili ndi bandwidth yokwanira komanso spectrum yosalala limafunika kuti liwonetse bwino momwe limakhalira ndi resonant peak. Makamaka, acoustic fiber grating (AIFG) yopangidwa pogwiritsa ntchito acousto-optical effect imatha kukwaniritsa kusinthasintha kwa mafunde a resonant mpaka 1000 nm pogwiritsa ntchito magetsi. Chifukwa chake, kuyesa kwa dynamic grating ndi ultra-wide tuning range kotereku kumabweretsa vuto lalikulu ku bandwidth ya source ya wide-spectrum light. Mofananamo, m'zaka zaposachedwa, Bragg fiber grating yokhotakhota yagwiritsidwanso ntchito kwambiri pankhani yowunikira ulusi. Chifukwa cha mawonekedwe ake a multi-peak loss spectrum, nthawi zambiri magawidwe a wavelength nthawi zambiri amatha kufika 40 nm. Njira yake yowunikira nthawi zambiri imakhala yoyerekeza mayendedwe pakati pa ma peak angapo otumizira, kotero ndikofunikira kuyeza ma spectrum ake otumizira kwathunthu. Bandwidth ndi mphamvu ya gwero la kuwala la wide spectrum ndizofunikira kukhala zapamwamba.
2. Kafukufuku m'dziko ndi kunja
2.1 Gwero lopepuka la kuwala kwa laser
2.1.1 Laser yopapatiza yogawa mayankho a semiconductor
Mu 2006, Cliche ndi anzake adachepetsa sikelo ya MHz ya semiconductorLaza ya DFB(laser yogawa feedback) ku sikelo ya kHz pogwiritsa ntchito njira yamagetsi yowunikira; Mu 2011, Kessler ndi anzake adagwiritsa ntchito kutentha kochepa komanso kukhazikika kwakukulu kwa kristalo imodzi pamodzi ndi active feedback control kuti apeze kutulutsa kwa laser ya 40 MHz yocheperako; Mu 2013, Peng ndi anzake adapeza kutulutsa kwa semiconductor laser yokhala ndi mzere wopingasa wa 15 kHz pogwiritsa ntchito njira yosinthira feedback yakunja ya Fabry-Perot (FP). Njira yowunikira yamagetsi idagwiritsa ntchito makamaka Pond-Drever-Hall frequency stabilization feedback kuti mzere wopingasa wa laser wa gwero lowunikira uchepe. Mu 2010, Bernhardi ndi anzake adapanga 1 cm ya alumina yopangidwa ndi erbium pa substrate ya silicon oxide kuti apeze kutulutsa kwa laser yokhala ndi mzere wopingasa wa pafupifupi 1.7 kHz. Mu chaka chomwecho, Liang ndi anzake. anagwiritsa ntchito njira yodzipangira yokha ya kufalikira kwa Rayleigh komwe kunapangidwa ndi resonator ya wall-Q echo ya semiconductor laser line-width compression, monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 1, ndipo potsiriza anapeza mphamvu ya laser yaing'ono ya 160 Hz.
Chithunzi 1 (a) Chithunzi cha kupsinjika kwa mzere wa laser wa semiconductor kutengera kudzipangira kwa Rayleigh kwa resonator ya mawonekedwe akunja a gallery mode;
(b) Kuchuluka kwa ma frequency a laser ya semiconductor yothamanga yaulere yokhala ndi mzere wautali wa 8 MHz;
(c) Kuchuluka kwa ma frequency a laser yokhala ndi mzere wopingasa mpaka 160 Hz
2.1.2 Laser yopapatiza ya fiber width
Pa ma laser a ulusi wa mzere wolunjika, kutulutsa kwa laser wopingasa wa single longitudinal mode kumapezeka mwa kufupikitsa kutalika kwa resonator ndikuwonjezera nthawi ya longitudinal mode. Mu 2004, Spiegelberg et al. adapeza kutulutsa kwa single longitudinal mode narrow linewidth laser yokhala ndi linewidth ya 2 kHz pogwiritsa ntchito njira ya DBR short cavity. Mu 2007, Shen et al. adagwiritsa ntchito ulusi wa silicon wopangidwa ndi erbium wolemera masentimita 2 kuti alembe FBG pa ulusi wojambulidwa ndi Bi-Ge co-doped photosensitive, ndipo adauphatikiza ndi ulusi wogwira ntchito kuti apange cavity yolumikizana yaying'ono, zomwe zimapangitsa kuti m'lifupi mwake mwa mzere wotuluka ndi laser kuchepera 1 kHz. Mu 2010, Yang et al. adagwiritsa ntchito cavity yopingasa ya 2cm yokhala ndi linear yopingasa yokhala ndi narrowband FBG fyuluta kuti apeze kutulutsa kwa single longitudinal mode laser yokhala ndi linewidth yochepera 2 kHz. Mu 2014, gululi linagwiritsa ntchito kabowo kakang'ono kolunjika (virtual folded ring resonator) kophatikizidwa ndi fyuluta ya FBG-FP kuti lipeze kutulutsa kwa laser komwe kuli ndi m'lifupi mwa mzere wopapatiza, monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 3. Mu 2012, Cai ndi anzake adagwiritsa ntchito kapangidwe kabowo kakang'ono ka 1.4cm kuti apeze kutulutsa kwa laser komwe kuli ndi mphamvu yotulutsa yoposa 114 mW, kutalika kwa kutalika kwa 1540.3 nm, ndi m'lifupi mwa mzere wa 4.1 kHz. Mu 2013, Meng ndi anzake adagwiritsa ntchito Brillouin scattering ya ulusi wopangidwa ndi erbium wokhala ndi kabowo kakang'ono ka mphete ya chipangizo chosungiramo zinthu zonse kuti apeze kutulutsa kwa laser ya single-longitudinal mode, low-phase noise output ndi mphamvu yotulutsa ya 10 mW. Mu 2015, gululi linagwiritsa ntchito kabowo kakang'ono kopangidwa ndi ulusi wopangidwa ndi erbium wokhala ndi 45 cm ngati Brillouin scattering gain medium kuti apeze kutulutsa kwa laser kotsika komanso kopapatiza.
Chithunzi 2 (a) Chithunzi chojambulidwa cha laser ya SLC fiber;
(b) Mawonekedwe a mzere wa chizindikiro cha heterodyne chomwe chimayesedwa ndi kuchedwa kwa ulusi wa 97.6 km
Nthawi yotumizira: Novembala-20-2023