د نظری فایبر سینس کولو لپاره د لیزر سرچینې ټیکنالوژي لومړۍ برخه

د لیزر سرچینې ټیکنالوژۍ لپارهنظری فایبرلومړۍ برخه حس کول

د آپټیکل فایبر سینس کولو ټیکنالوژي یو ډول سینس کولو ټیکنالوژي ده چې د آپټیکل فایبر ټیکنالوژۍ او آپټیکل فایبر مواصلاتي ټیکنالوژۍ سره رامینځته شوې ، او دا د فوتو الیکټریک ټیکنالوژۍ ترټولو فعاله څانګه ګرځیدلې. د آپټیکل فایبر سینس کولو سیسټم په عمده ډول د لیزر ، لیږد فایبر ، سینس کولو عنصر یا ماډل کولو ساحه ، د ر lightا کشف او نورو برخو څخه جوړ دی. هغه پیرامیټونه چې د رڼا څپې ځانګړتیاوې بیانوي عبارت دي له شدت، څپې، پړاو، قطبي حالت، او داسې نور. دا پیرامیټرونه کیدای شي د نوری فایبر لیږد کې د بهرنی تاثیراتو په واسطه بدل شي. د مثال په توګه، کله چې د تودوخې، فشار، فشار، اوسنی، بې ځایه کیدنه، وایبریشن، گردش، موډل او کیمیاوي مقدار په نظری لاره اغیزه کوي، دا پیرامیټونه په ورته ډول بدلیږي. د آپټیکل فایبر سینسنګ د دې پیرامیټونو او بهرني فکتورونو ترمینځ اړیکې پراساس دی ترڅو ورته فزیکي مقدار کشف کړي.

ډیری ډولونه شتون لريد لیزر سرچینهد نوری فایبر سینس کولو سیسټمونو کې کارول کیږي، کوم چې په دوه کټګوریو ویشل کیدی شي: همغږيد لیزر سرچینېاو د رڼا سرچینې، بې بنسټهد رڼا سرچینېپه عمده ډول تاپېدونکي ر lightا او د ر lightا اخراج کونکي ډایډونه شامل دي ، او د رڼا همغږي سرچینې شامل دي جامد لیزرونه ، مایع لیزرونه ، د ګاز لیزرونه ،سیمیکمډکټر لیزراوفایبر لیزر. لاندې په عمده توګه د دې لپاره ديد لیزر رڼا سرچینهپه وروستي کلونو کې د فایبر سینس کولو په برخه کې په پراخه کچه کارول کیږي: د تنګ کرښې پلن واحد فریکونسی لیزر ، د واحد طول موج سویپ فریکوینسي لیزر او سپین لیزر.

1.1 د محدودې کرښې لپاره اړتیاوېد لیزر رڼا سرچینې

د آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټم د لیزر سرچینې څخه نشي جلا کیدی ، لکه څنګه چې اندازه شوي سیګنال کیریر ر lightا څپې ، د لیزر ر lightا سرچینه پخپله فعالیت ، لکه د بریښنا ثبات ، لیزر لاین ویت ، د مرحلې شور او نور پیرامیټرونه د نوری فایبر سینس کولو سیسټم کشف فاصله کشف ، کشف دقت، حساسیت او شور ځانګړتیاوې پرېکنده رول لوبوي. په دې وروستیو کلونو کې، د اوږد واټن د الټرا-لوړ ریزولوشن نظری فایبر سینسنګ سیسټمونو پراختیا سره، اکاډمۍ او صنعت د لیزر مینیټوریزیشن د لاین ویډت فعالیت لپاره خورا سخت اړتیاوې وړاندې کړې، په عمده توګه: د نظری فریکونسۍ ډومین انعکاس (OFDR) ټیکنالوژي همغږي کاروي. د کشف ټیکنالوژي د پراخ پوښښ (زرګونو مترو) سره په فریکونسۍ ډومین کې د آپټیکل فایبرونو د بیکریلیګ تحلیل شوي سیګنالونه تحلیل کړي. د لوړ ریزولوشن (ملي میتر کچې ریزولوشن) او لوړ حساسیت (تر -100 dBm پورې) ګټې د توزیع شوي آپټیکل فایبر اندازه کولو او سینس کولو ټیکنالوژۍ کې د پراخه غوښتنلیک امکاناتو سره یو له ټیکنالوژیو څخه ګرځیدلی. د OFDR ټیکنالوژۍ اصلي برخه د نظری فریکونسۍ ټیوننګ ترلاسه کولو لپاره د تودوخې وړ ر lightا سرچینې کارول دي ، نو د لیزر سرچینې فعالیت کلیدي فاکتورونه ټاکي لکه د OFDR کشف رینج ، حساسیت او ریزولوشن. کله چې د انعکاس نقطه فاصله د همغږي اوږدوالي ته نږدې وي، د بیټ سیګنال شدت به د کوفیفینټ τ/τc لخوا په چټکۍ سره کم شي. د ګاس د ر lightا سرچینې لپاره چې طیفیک شکل لري ، د دې لپاره چې ډاډ ترلاسه شي چې د وهلو فریکونسۍ له 90٪ څخه ډیر لید لري ، د ر lightا سرچینې د کرښې عرض او اعظمي سینسنګ اوږدوالی ترمینځ اړیکه چې سیسټم یې ترلاسه کولی شي Lmax ~ 0.04vg دی. /f، دا پدې مانا ده چې د 80 کیلومتره اوږدوالي سره د فایبر لپاره، د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی له 100 Hz څخه کم دی. سربیره پردې ، د نورو غوښتنلیکونو پراختیا هم د ر lightا سرچینې لاین وایډ لپاره لوړې اړتیاوې وړاندې کوي. د مثال په توګه، د نوري فایبر هایدروفون سیسټم کې، د رڼا سرچینې د کرښې پراخوالی د سیسټم شور ټاکي او د سیسټم لږترلږه اندازه کولو وړ سیګنال هم ټاکي. په بریلوین آپټیکل وخت ډومین انعکاس کونکي (BOTDR) کې ، د تودوخې او فشار اندازه کولو حل په عمده ډول د ر lightا سرچینې د کرښې ویښت لخوا ټاکل کیږي. د ریزونټر فایبر آپټیک ګیرو کې ، د ر lightا څپې همغږي اوږدوالی د ر lightا سرچینې د کرښې عرض کمولو سره لوړ کیدی شي ، پدې توګه د ریزونټر دقیقیت او ریزونانس ژوروالی ښه کوي ، د ریزونټر لاین عرض کموي ، او اندازه کول ډاډمن کوي. د فایبر آپټیک ګیرو دقت.

1.2 د سویپ لیزر سرچینو لپاره اړتیاوې

د واحد طول موج سویپ لیزر د انعطاف وړ طول موج ټینګ فعالیت لري ، کولی شي د ډیری محصول ټاکل شوي طول موج لیزرونه ځای په ځای کړي ، د سیسټم جوړولو لګښت کم کړي ، د آپټیکل فایبر سینس کولو سیسټم یوه لازمي برخه ده. د مثال په توګه، د ټریس ګاز فایبر سینسنګ کې، مختلف ډوله ګازونه د ګاز جذب مختلف چوکۍ لري. د دې لپاره چې د رڼا جذب موثریت ډاډمن شي کله چې د اندازه کولو ګاز کافي وي او د اندازه کولو لوړ حساسیت ترلاسه کړي، دا اړینه ده چې د لیږد رڼا سرچینې څپې اوږدوالی د ګاز مالیکول د جذب چوکۍ سره تنظیم کړئ. د ګاز ډول چې کشف کیدی شي په لازمي ډول د سینس کولو ر lightا سرچینې د طول موج لخوا ټاکل کیږي. له همدې امله، د باثباته براډ بانډ ټونینګ فعالیت سره تنګ لاین ویډت لیزرونه په داسې سینسنګ سیسټمونو کې د اندازه کولو لوړ انعطاف لري. د مثال په توګه، د نظری فریکونسۍ ډومین انعکاس پراساس ځینې ویشل شوي آپټیکل فایبر سینس کولو سیسټمونو کې ، لیزر باید په دوره کې د لوړ دقیق همغږي کشف او د نظری سیګنالونو ډیموولیشن ترلاسه کولو لپاره ګړندي تیر شي ، نو د لیزر سرچینې انډول کولو نرخ نسبتا لوړ اړتیاوې لري. ، او د تنظیم وړ لیزر سویپ سرعت معمولا د 10 pm/μs ته رسیدو ته اړتیا لري. برسېره پر دې، د طول موج د تونیولو وړ تنگ لاین وایډ لیزر هم په پراخه کچه د liDAR، لیزر ریموټ سینسنگ او د لوړ ریزولوشن سپیکٹرل تحلیل او نورو سینس کولو برخو کې کارول کیدی شي. د فایبر سینس کولو په برخه کې د ټونینګ بینډ ویت د لوړ فعالیت پیرامیټرو اړتیاو پوره کولو لپاره ، د فایبر سینس کولو په برخه کې د واحد طول موج لیزرونو د تونګ سرعت او ټونینګ سرعت ، په وروستي کلونو کې د تونګ وړ تنگ چوکۍ فایبر لیزرونو مطالعې عمومي هدف د لوړې کچې لاسته راوړل دي. د الټرا تنگ لیزر لاین ویډت ، د الټرا ټیټ مرحلې شور ، او د الټرا مستحکم تولید فریکونسۍ او بریښنا تعقیبولو پراساس په لوی طول موج کې دقیق ټوننګ.

1.3 د سپینې لیزر رڼا سرچینې لپاره غوښتنه

د نظری سینس کولو په برخه کې، د لوړ کیفیت سپینې رڼا لیزر د سیسټم فعالیت ښه کولو لپاره خورا مهم دی. د سپینې ر lightا لیزر پراخه سپیکٹرم پوښښ ، د نوری فایبر سینس کولو سیسټم کې د هغې غوښتنلیک خورا پراخه دی. د مثال په توګه، کله چې د سینسر شبکې جوړولو لپاره د فایبر برګ ګریټینګ (FBG) کارول، د سپیکٹرل تحلیل یا د تودو وړ فلټر میچ کولو میتود د ډیموډولیشن لپاره کارول کیدی شي. پخواني په شبکه کې د هر FBG ریزوننټ طول موج په مستقیم ډول ازموینې لپاره سپیکٹرومیټر کارولی. وروستنۍ په سینسنګ کې د FBG تعقیب او کیلیبریټ کولو لپاره د حوالې فلټر کاروي ، چې دواړه د FBG لپاره د ازموینې ر lightا سرچینې په توګه د براډ بانډ ر lightا سرچینې ته اړتیا لري. ځکه چې د هر FBG لاسرسي شبکه به یو مشخص داخلولو ضایع ولري، او د 0.1 nm څخه ډیر بینډ ویت ولري، د ډیری FBG یوځل ډیموډول د لوړ ځواک او لوړ بینډ ویت سره د براډ بانډ ر lightا سرچینې ته اړتیا لري. د مثال په توګه، کله چې د سینس کولو لپاره د اوږدې مودې فایبر ګریټینګ (LPFG) کارول کیږي، ځکه چې د یو واحد ضایع چوکۍ بینډ ویت د 10 nm په ترتیب کې دی، د کافي بینډ ویت او نسبتا فلیټ سپیکٹرم سره د پراخ سپیکٹرم رڼا سرچینې ته اړتیا ده چې په سمه توګه د هغې د ریزونین ځانګړتیا مشخص کړي. لوړ ځانګړتیاوې په ځانګړې توګه، د اکوسټیک فایبر ګرېټینګ (AIFG) د اکوستو آپټیکل اغیزې په کارولو سره رامینځته شوی کولی شي د بریښنایی تونګ کولو له لارې تر 1000 nm پورې د ریزوننټ څپې اوږدوالی د تونګ کولو حد ترلاسه کړي. له همدې امله، د داسې الټرا-وایډ ټونینګ رینج سره متحرک ګریټینګ ازموینه د پراخه سپیکٹرم ر lightا سرچینې بینډ ویت حد ته لوی ننګونه رامینځته کوي. په ورته ډول، په دې وروستیو کلونو کې، د برګ فایبر ښیښه کول هم په پراخه کچه د فایبر سینس کولو په برخه کې کارول شوي. د دې د څو-چټک زیان سپیکٹرم ځانګړتیاو له امله، د طول موج د ویش لړۍ معمولا 40 nm ته رسیږي. د دې سینس کولو میکانیزم معمولا د څو لیږد چوټیو ترمینځ نسبي حرکت پرتله کول دي ، نو دا اړینه ده چې د دې لیږد سپیکٹرم په بشپړ ډول اندازه کړئ. د پراخه طیف رڼا سرچینې بډ ویت او ځواک باید لوړ وي.

2. په کور دننه او بهر د څیړنې وضعیت

2.1 د لیزر ر lightا سرچینې تنګ کرښې

2.1.1 تنګ کرښه سیمیکمډکټر توزیع شوی فیډبیک لیزر

په 2006 کې، Cliche et al. د سیمی کنډکټر میګا هرټز پیمانه کمه کړهد DFB لیزر(توزیع شوي فیډبیک لیزر) د kHz پیمانه د بریښنایی فیډبیک میتود په کارولو سره؛ په 2011 کې، Kessler et al. د ټیټ تودوخې او لوړ ثبات واحد کرسټال غار کارول شوي چې د فعال فیډبیک کنټرول سره یوځای د 40 MHz الټرا-تنګ لاین ویډت لیزر محصول ترلاسه کولو لپاره؛ په 2013 کې، Peng et al د 15 kHz د لاین وایډ سره د سیمیک کنډکټر لیزر محصول د بهرني فیبري پیروټ (FP) فیډبیک تنظیم کولو میتود په کارولو سره ترلاسه کړ. د بریښنایی فیډبیک میتود په عمده ډول د Pond-Drever-Hall فریکونسۍ ثبات فیډبیک کارولی ترڅو د ر lightا سرچینې لیزر لاین وایډ کم شي. په 2010 کې، Bernhardi et al. د سیلیکون آکسایډ سبسټریټ کې د 1 سانتي مترو ایربیوم-ډوپډ ایلومینا FBG تولید کړي ترڅو د 1.7 kHz د کرښې عرض سره د لیزر محصول ترلاسه کړي. په همدې کال کې Liang et al. د سیمی کنډکټر لیزر لاین - چوکۍ کمپریشن لپاره د لوړ-Q ایکو دیوال ریزونټر لخوا رامینځته شوي د شاته ریلیګ سکیټرینګ د ځان انجیکشن فیډبیک کارول شوی ، لکه څنګه چې په 1 شکل کې ښودل شوي ، او په پای کې د 160 Hz یو تنګ کرښې - عرض لیزر محصول ترلاسه کړ.

شکل 1 (a) د سیمی کنډکټر لیزر لاین ویت کمپریشن ډیاګرام د ځان انجیکشن ریلیګ سکریټرینګ د بهرني ویسپرینګ ګالري حالت ریزونټر پراساس؛
(b) د وړیا چلولو سیمیکمډکټر لیزر فریکونسی سپیکٹرم د 8 MHz لاین وایډ سره؛
(c) د لیزر فریکونسی سپیکٹرم د لین ویډت سره 160 Hz ته فشار شوی
2.1.2 د فایبر لیزر تنګ کرښه

د خطي غار فایبر لیزرونو لپاره، د واحد طول البلد حالت تنګ لیزر محصول د ریزونټر اوږدوالی لنډولو او د اوږدوالي موډ وقفې په زیاتولو سره ترلاسه کیږي. په 2004 کې، Spiegelberg et al. د DBR لنډ غار میتود په کارولو سره د 2 kHz لاین وایډ سره یو واحد طول البلد حالت تنګ لاین وایډ لیزر محصول ترلاسه کړ. په 2007 کې، Shen et al. د 2 سانتي مترو په پراخه کچه erbium-doped سیلیکون فایبر د FBG لیکلو لپاره په Bi-Ge co-doped فوتوسنسیټیو فایبر کې کارول شوی، او دا د فعال فایبر سره یوځای شوی ترڅو یو کمپیکٹ خطي غار جوړ کړي، چې د لیزر تولید لاین عرض یې له 1 kHz څخه کم دی. په 2010 کې، Yang et al. د 2cm لوړ ډوپ شوي لنډ خطي غار کارول شوي چې د تنگ بانډ FBG فلټر سره یوځای شوي ترڅو د واحد اوږدوالي موډ لیزر محصول ترلاسه کړي چې د 2 kHz څخه کم د کرښې عرض سره. په 2014 کې، ټیم د FBG-FP فلټر سره یو ځای یو لنډ خطي غار (مجازی فولډ رینګ ریزونټر) کارولی ترڅو د لیزر محصول ترلاسه کړي د یوې تنګ کرښې عرض سره، لکه څنګه چې په 3 شکل کې ښودل شوي. په 2012 کې، Cai et al. د 1.4cm لنډ غار جوړښت کارول شوی ترڅو د قطبي لیزر محصول ترلاسه کړي چې له 114 میګاواټه څخه ډیر تولید بریښنا لري، د مرکزي څپې اوږدوالی 1540.3 nm، او د 4.1 kHz د کرښې عرض. په 2013 کې، Meng et al. د erbium-doped فایبر د Brillouin scattering سره د بشپړ تعصب ساتنې وسیلې د لنډ حلقوي غار سره کارول شوي ترڅو د واحد اوږدوالي موډ ترلاسه کړي، د 10 میګاواټه تولید بریښنا سره د ټیټ مرحلې شور لیزر محصول. په 2015 کې، ټیم د 45 سانتي مترو ایربیوم-ډوپډ فایبر څخه جوړه شوې حلقوي غار وکاروله چې د بریلوین سکریټرینګ لاسته راوړنې منځنۍ برخه وه ترڅو د ټیټ حد او تنګ کرښې لیزر محصول ترلاسه کړي.

انځور 2 (a) د SLC فایبر لیزر سکیماتیکه رسمول؛
(b) د هیټروډین سیګنال لیک شکل د 97.6 کیلومتره فایبر ځنډ سره اندازه شوی