د لیزر سرچینې ټیکنالوژي لپارهنوري فایبرحس کول لومړۍ برخه
د آپټیکل فایبر سینسنګ ټیکنالوژي د سینسنګ ټیکنالوژي یو ډول دی چې د آپټیکل فایبر ټیکنالوژۍ او آپټیکل فایبر مخابراتي ټیکنالوژۍ سره یوځای رامینځته شوی ، او دا د فوتو الیکټریک ټیکنالوژۍ یو له خورا فعالو څانګو څخه ګرځیدلی. د آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټم په عمده توګه د لیزر ، لیږد فایبر ، د سینسنګ عنصر یا ماډل کولو ساحه ، د رڼا کشف او نورو برخو څخه جوړ شوی دی. هغه پیرامیټرې چې د رڼا څپې ځانګړتیاوې بیانوي شدت ، طول موج ، مرحله ، قطبي کولو حالت ، او نور شامل دي. دا پیرامیټرې ممکن د آپټیکل فایبر لیږد کې د بهرني تاثیراتو لخوا بدل شي. د مثال په توګه ، کله چې تودوخه ، فشار ، فشار ، جریان ، بې ځایه کیدنه ، وایبریشن ، گردش ، موړ او کیمیاوي مقدار د آپټیکل لاره اغیزه کوي ، دا پیرامیټرې په ورته ډول بدلیږي. د آپټیکل فایبر سینسنګ د دې پیرامیټرو او بهرني فکتورونو ترمنځ اړیکې پراساس دی ترڅو اړونده فزیکي مقدارونه کشف کړي.
ډیری ډولونه شتون لريد لیزر سرچینهد آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټمونو کې کارول کیږي، کوم چې په دوه کټګوریو ویشل کیدی شي: همغږيد لیزر سرچینېاو د رڼا بې بنسټه سرچینې، بې بنسټهد رڼا سرچینېپه عمده توګه د تاپېدونکي رڼا او د رڼا خپریدونکي ډایډونه شامل دي، او د همغږۍ رڼا سرچینې جامد لیزرونه، مایع لیزرونه، ګاز لیزرونه،د نیمه کره لیزراوفایبر لیزرلاندې په عمده توګه دد لیزر رڼا سرچینهپه دې وروستیو کلونو کې د فایبر سینسنګ په برخه کې په پراخه کچه کارول کیږي: د تنګ کرښې پلنوالی واحد فریکونسۍ لیزر، د واحد طول موج سویپ فریکونسۍ لیزر او سپین لیزر.
۱.۱ د تنګ کرښې د عرض لپاره اړتیاوېد لیزر رڼا سرچینې
د آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټم د لیزر سرچینې څخه جلا کیدی نشي، ځکه چې د اندازه شوي سیګنال وړونکي رڼا څپې، د لیزر رڼا سرچینې پخپله فعالیت، لکه د بریښنا ثبات، د لیزر لاین ویدیت، د مرحلې شور او د آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټم کشف فاصله، د کشف دقت، حساسیت او شور ځانګړتیاوې په اړه نور پیرامیټرونه پریکړه کونکی رول لوبوي. په وروستیو کلونو کې، د اوږد واټن الټرا لوړ ریزولوشن آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټمونو پراختیا سره، اکاډمۍ او صنعت د لیزر مینیټورائزیشن د لاین ویدیت فعالیت لپاره ډیر سخت اړتیاوې وړاندې کړې، په عمده توګه په لاندې ډول: د آپټیکل فریکونسۍ ډومین انعکاس (OFDR) ټیکنالوژي د فریکونسۍ ډومین کې د آپټیکل فایبرونو بیکریلیګ ویشل شوي سیګنالونو تحلیل لپاره همغږي کشف ټیکنالوژي کاروي، د پراخ پوښښ سره (زرګونه متره). د لوړ ریزولوشن (ملی میټر کچې ریزولوشن) او لوړ حساسیت (تر -100 dBm پورې) ګټې د توزیع شوي آپټیکل فایبر اندازه کولو او سینسنګ ټیکنالوژۍ کې د پراخه غوښتنلیک امکاناتو سره یو له ټیکنالوژیو څخه ګرځیدلی. د OFDR ټیکنالوژۍ اصلي موخه د آپټیکل فریکونسۍ ټونینګ ترلاسه کولو لپاره د ټون ایبل رڼا سرچینې کارول دي، نو د لیزر سرچینې فعالیت د OFDR کشف رینج، حساسیت او ریزولوشن په څیر کلیدي عوامل ټاکي. کله چې د انعکاس نقطې فاصله د همغږۍ اوږدوالي ته نږدې وي، د بیټ سیګنال شدت به د τ/τc ضریب لخوا په چټکۍ سره کم شي. د ګاوسین رڼا سرچینې لپاره چې طیفي شکل لري، د دې لپاره چې ډاډ ترلاسه شي چې د بیټ فریکونسي له 90٪ څخه ډیر لید لري، د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی او د سیسټم لخوا ترلاسه شوي اعظمي حس کولو اوږدوالی ترمنځ اړیکه Lmax~0.04vg/f ده، پدې معنی چې د 80 کیلومتره اوږدوالي فایبر لپاره، د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی له 100 Hz څخه کم دی. سربیره پردې، د نورو غوښتنلیکونو پراختیا د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی لپاره لوړې اړتیاوې هم وړاندې کوي. د مثال په توګه، د آپټیکل فایبر هایدروفون سیسټم کې، د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی د سیسټم شور ټاکي او د سیسټم لږترلږه اندازه کیدونکی سیګنال هم ټاکي. په بریلوین آپټیکل وخت ډومین انعکاس کونکي (BOTDR) کې، د تودوخې او فشار اندازه کولو حل په عمده توګه د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی لخوا ټاکل کیږي. په ریزونیټر فایبر آپټیک ګیرو کې، د رڼا څپې د همغږۍ اوږدوالی د رڼا سرچینې د کرښې پلنوالی کمولو سره زیات کیدی شي، په دې توګه د ریزونیټر ښیګڼې او ریزونینس ژوروالی ښه کوي، د ریزونیټر د کرښې پلنوالی کموي، او د فایبر آپټیک ګیرو د اندازه کولو دقت ډاډمن کوي.
۱.۲ د سویپ لیزر سرچینو لپاره اړتیاوې
د واحد طول موج سویپ لیزر د انعطاف وړ طول موج ټونینګ فعالیت لري، کولی شي د څو تولید ثابت طول موج لیزرونو ځای ونیسي، د سیسټم جوړولو لګښت کم کړي، د آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټم یوه لازمي برخه ده. د مثال په توګه، د ټریس ګاز فایبر سینسنګ کې، مختلف ډوله ګازونه د ګاز جذب مختلف څوکې لري. د دې لپاره چې د اندازه کولو ګاز کافي وي کله چې د رڼا جذب موثریت ډاډمن شي او د اندازه کولو لوړ حساسیت ترلاسه کړي، دا اړینه ده چې د لیږد رڼا سرچینې طول موج د ګاز مالیکول د جذب چوکۍ سره تنظیم شي. د ګاز ډول چې کشف کیدی شي په اصل کې د سینسنګ رڼا سرچینې طول موج لخوا ټاکل کیږي. له همدې امله، د باثباته براډبنډ ټونینګ فعالیت سره تنګ لاین ویدت لیزرونه په داسې سینسنګ سیسټمونو کې د اندازه کولو لوړ انعطاف لري. د مثال په توګه، د آپټیکل فریکونسي ډومین انعکاس پراساس په ځینو ویشل شوي آپټیکل فایبر سینسنګ سیسټمونو کې، لیزر باید په چټکۍ سره په دوره ای ډول تیر شي ترڅو د آپټیکل سیګنالونو لوړ دقیق همغږي کشف او ډیموډولیشن ترلاسه کړي، نو د لیزر سرچینې د ماډل کولو کچه نسبتا لوړې اړتیاوې لري، او د تنظیم وړ لیزر د سویپ سرعت معمولا د 10 بجو/μs ته رسیدو ته اړتیا لري. برسېره پردې، د طول موج د تنظیم وړ تنګ لاین ویده لیزر په پراخه کچه په liDAR، لیزر ریموټ سینسنګ او لوړ ریزولوشن سپیکٹرل تحلیل او نورو سینسنګ برخو کې هم کارول کیدی شي. د فایبر سینسنګ په برخه کې د واحد طول موج لیزرونو د ټونینګ بینډ ویت، ټونینګ دقت او ټونینګ سرعت لوړ فعالیت پیرامیټرو اړتیاو پوره کولو لپاره، په وروستیو کلونو کې د ټونینګ وړ تنګ پلن فایبر لیزرونو مطالعې عمومي هدف دا دی چې د الټرا نارو لیزر لاین ویده، الټرا ټیټ فیز شور، او الټرا مستحکم محصول فریکونسۍ او ځواک تعقیبولو پراساس په لوی طول موج رینج کې لوړ دقیق ټونینګ ترلاسه کړي.
۱.۳ د سپینې لیزر رڼا سرچینې غوښتنه
د نظري سینسنګ په برخه کې، د لوړ کیفیت سپین رڼا لیزر د سیسټم د فعالیت ښه کولو لپاره خورا مهم دی. د سپینې رڼا لیزر د طیف پوښښ څومره پراخ وي، په هماغه اندازه یې په نظري فایبر سینسنګ سیسټم کې کارول پراخ وي. د مثال په توګه، کله چې د سینسر شبکې جوړولو لپاره د فایبر بریګ ګریټینګ (FBG) کارول کیږي، د طیف تحلیل یا د ټون ایبل فلټر میچ کولو میتود د تخریب لپاره کارول کیدی شي. پخواني د شبکې کې د هر FBG ریزوننټ طول موج مستقیم ازموینې لپاره سپیکٹرومیټر کارولی. وروستی د سینسنګ کې د FBG تعقیب او کیلیبریټ کولو لپاره د حوالې فلټر کاروي، چې دواړه د FBG لپاره د ازموینې رڼا سرچینې په توګه د براډبنډ رڼا سرچینې ته اړتیا لري. ځکه چې د FBG لاسرسي هر شبکه به یو ټاکلی داخلولو زیان ولري، او د 0.1 nm څخه ډیر بینډ ویت ولري، د څو FBG په ورته وخت کې د ډیموډول کولو لپاره د لوړ ځواک او لوړ بینډ ویت سره د براډبنډ رڼا سرچینې ته اړتیا لري. د مثال په توګه، کله چې د سینسنګ لپاره د اوږدې مودې فایبر ګریټینګ (LPFG) کارول کیږي، ځکه چې د یو واحد ضایع شوي چوکۍ بینډ ویت د 10 nm په ترتیب کې وي، د پراخ سپیکٹرم رڼا سرچینې ته اړتیا ده چې کافي بینډ ویت او نسبتا فلیټ سپیکٹرم ولري ترڅو د هغې د ریزوننټ چوکۍ ځانګړتیاوې په سمه توګه مشخص کړي. په ځانګړې توګه، د اکوسټو-آپټیکل اغیزې په کارولو سره جوړ شوی اکوسټیک فایبر ګریټینګ (AIFG) کولی شي د بریښنایی ټونینګ له لارې تر 1000 nm پورې د ریزوننټ طول موج ټونینګ رینج ترلاسه کړي. له همدې امله، د داسې الټرا-وایډ ټونینګ رینج سره متحرک ګریټینګ ازموینه د پراخه سپیکٹرم رڼا سرچینې د بینډ ویت رینج لپاره لویه ننګونه رامینځته کوي. په ورته ډول، په وروستیو کلونو کې، د فایبر سینسنګ په برخه کې د خم شوي براګ فایبر ګریټینګ هم په پراخه کچه کارول شوی. د دې د څو-چوټي ضایع شوي چوکۍ ځانګړتیاو له امله، د طول موج ویش رینج معمولا 40 nm ته رسیدلی شي. د دې د سینسنګ میکانیزم معمولا د ډیری لیږد چوټیو ترمنځ نسبي حرکت پرتله کول دي، نو دا اړینه ده چې د دې لیږد سپیکٹرم په بشپړ ډول اندازه کړئ. د پراخه سپیکٹرم رڼا سرچینې بینډ ویت او ځواک ته اړتیا ده چې لوړ وي.
۲. په کور دننه او بهر کې د څېړنې حالت
۲.۱ د لیزر رڼا سرچینه د تنګ کرښې عرض
۲.۱.۱ د لنډې کرښې عرض سیمیکمډکټر ویشل شوی فیډبیک لیزر
په ۲۰۰۶ کال کې، کلیش او نورو د سیمیکمډکټر MHz پیمانه کمه کړه.د DFB لیزر(د فیډبیک لیزر ویشل) د kHz پیمانه ته د بریښنایی فیډبیک میتود په کارولو سره؛ په 2011 کې، کیسلر او نورو د ټیټ تودوخې او لوړ ثبات واحد کرسټال غار څخه کار واخیست چې د فعال فیډبیک کنټرول سره یوځای د 40 MHz د الټرا نارو لاین ویدت لیزر محصول ترلاسه کولو لپاره؛ په 2013 کې، پینګ او نورو د بهرني فابري-پیروټ (FP) فیډبیک تنظیم کولو میتود په کارولو سره د 15 kHz د لین ویدت سره د سیمیکمډکټر لیزر محصول ترلاسه کړ. د بریښنایی فیډبیک میتود په عمده توګه د پونډ-ډریور-هال فریکونسي ثبات فیډبیک کارولی ترڅو د رڼا سرچینې لیزر لاین ویدت کم شي. په 2010 کې، برنارډي او نورو د سیلیکون آکسایډ سبسټریټ کې د 1 سانتي مترو ایربیم-ډوپ شوي ایلومینا FBG تولید کړ ترڅو د 1.7 kHz د لین ویدت سره لیزر محصول ترلاسه کړي. په ورته کال کې، لیانګ او نورو. لکه څنګه چې په شکل 1 کې ښودل شوي، د سیمیکمډکټر لیزر لاین-چوټی کمپریشن لپاره د لوړ-Q ایکو دیوال ریزونټر لخوا رامینځته شوي د شاته ریلي سکیټرینګ د ځان انجیکشن فیډبیک کارول شوی، او په پای کې د 160 Hz تنګ لاین-چوټی لیزر محصول ترلاسه کړ.
شکل ۱ (الف) د سیمیکمډکټر لیزر لاین ویدت کمپریشن ډیاګرام چې د بهرني ویسپیرنګ ګالري موډ ریزونیټر د ځان انجیکشن ریلي سکیټرینګ پراساس دی؛
(ب) د آزاد چلونکي سیمیکمډکټر لیزر فریکونسي سپیکٹرم چې د 8 MHz لاین ویت سره؛
(c) د لیزر فریکونسي طیف چې د لاین ویت یې تر 160 Hz پورې فشار شوی وي
۲.۱.۲ د فایبر لیزر تنګ کرښه
د خطي غار فایبر لیزرونو لپاره، د واحد طول البلد حالت د تنګ لاین ویډت لیزر محصول د ریزونیټر اوږدوالی لنډولو او د طول البلد حالت وقفې زیاتولو سره ترلاسه کیږي. په 2004 کې، سپیګلبرګ او نورو د DBR لنډ غار میتود په کارولو سره د 2 kHz د لاین ویډت سره د واحد طول البلد حالت تنګ لاین ویډت لیزر محصول ترلاسه کړ. په 2007 کې، شین او نورو د Bi-Ge شریک ډوپ شوي فوتو حساس فایبر باندې FBG لیکلو لپاره د 2 سانتي مترو دروند ایربیوم-ډوپ شوي سیلیکون فایبر څخه کار واخیست، او دا یې د فعال فایبر سره یوځای کړ ترڅو یو کمپیکٹ خطي غار جوړ کړي، چې د دې لیزر محصول لاین پلنوالی یې له 1 kHz څخه کم کړ. په 2010 کې، یانګ او نورو د 2 سانتي مترو لوړ ډوپ شوي لنډ خطي غار څخه کار واخیست چې د تنګ بانډ FBG فلټر سره یوځای شوی ترڅو د واحد طول البلد حالت لیزر محصول ترلاسه کړي چې د 2 kHz څخه کم د لاین ویډت سره. په ۲۰۱۴ کال کې، ټیم د لنډ خطي غار (مجازی فولډ حلقوي ریزونیټر) څخه کار واخیست چې د FBG-FP فلټر سره یوځای شو ترڅو د لیزر محصول د تنګ کرښې پلنوالي سره ترلاسه کړي، لکه څنګه چې په شکل ۳ کې ښودل شوي. په ۲۰۱۲ کې، کای او نورو د ۱.۴ سانتي مترو لنډ غار جوړښت څخه کار واخیست ترڅو د پولاریزینګ لیزر محصول ترلاسه کړي چې د تولید ځواک یې له ۱۱۴ میګاواټه څخه ډیر وي، د مرکزي طول موج ۱۵۴۰.۳ نانومیټر، او د کرښې پلنوالی ۴.۱ kHz وي. په ۲۰۱۳ کال کې، مینګ او نورو د ایربیوم-ډوپډ فایبر د بریلوین توزیع د بشپړ تعصب ساتنې وسیلې د لنډ حلقوي غار سره د واحد-طول موډ، د ټیټ-فیز شور لیزر محصول د ۱۰ میګاواټه د تولید ځواک سره ترلاسه کړي. په ۲۰۱۵ کال کې، ټیم د بریلوین توزیع د ۴۵ سانتي مترو ایربیوم-ډوپډ فایبر څخه جوړ شوی حلقوي توزیع د ټیټ حد او تنګ کرښې پلنوالي لیزر محصول ترلاسه کولو لپاره وکاروله.
شکل ۲ (الف) د SLC فایبر لیزر سکیماتیک انځور؛
(ب) د هیټروډاین سیګنال د کرښې شکل چې د 97.6 کیلومتره فایبر ځنډ سره اندازه شوی
د پوسټ وخت: نومبر-۲۰-۲۰۲۳