teknolojiya çavkaniya Laser ji bofiber optîkhiskirin Part Yek
Teknolojiya hestiyariya fîbera optîkî celebek teknolojiyek hîskirinê ye ku digel teknolojiya fîbera optîkî û teknolojiya ragihandinê ya fiber optîk hatî pêşve xistin, û ew bûye yek ji şaxên herî çalak ên teknolojiya fotoelektrîkê.Pergala hestiyariya fîberê ya optîkî bi giranî ji lazer, fîbera veguheztinê, hêmana hîskirinê an devera modulasyonê, vedîtina ronahiyê û beşên din pêk tê.Parametreyên ku taybetmendiyên pêla ronahiyê vedibêjin tundî, dirêjahiya pêlê, qonax, rewşa polarîzasyonê, hwd. Dibe ku ev parametre ji hêla bandorên derveyî ve di veguheztina fîbera optîkî de werin guhertin.Mînakî, dema ku germahî, çewisandin, zext, niha, jicîhûwarkirin, lerzîn, zivirandin, guheztin û mîqdara kîmyewî li ser riya optîkî bandor dikin, ev pîvan bi heman rengî diguhezin.Heskirina fîberê ya optîkî li ser têkiliya di navbera van parameteran û faktorên derveyî de ye ku hejmarên laşî yên têkildar tespît bike.
Gelek celeb heneçavkaniya laserdi pergalên hestiyariya fîberê yên optîkî de têne bikar anîn, ku dikare li du kategoriyan were dabeş kirin: hevgirtîçavkaniyên laserû çavkaniyên ronahiyê yên nehevgirtî, nehevgirtîçavkaniyên ronahîbi giranî ronahiya ronahiyê û dîodên ronahiyê vedihewîne, û çavkaniyên ronahiya hevgirtî lazerên hişk, lazerên şil, lazerên gazê,laser nîvconductorûlaser fiber.Ya jêrîn bi giranî ji boçavkaniya ronahiya lazerêDi van salên dawî de bi berfirehî di warê hestiyariya fîberê de tê bikar anîn: lazera yek-frekansê ya firehiya xeta teng, lazera frekansê ya bi dirêjahiya pêlê û lazera spî.
1.1 Pêdiviyên ji bo dirêjahiya xeta tengçavkaniyên ronahiya lazer
Pergala hîskirina fîbera optîk nikare ji çavkaniya lazerê were veqetandin, ji ber ku pêla ronahiya hilgirê nîşana pîvandinê, performansa çavkaniya ronahiya lazerê bixwe, wek aramiya hêzê, dirêjahiya xeta lazer, dengê qonaxê û pîvanên din ên li ser dûrahiya vedîtina pergala hîskirina fîbera optîkî, tespîtkirin rastbûn, hesasiyet û taybetmendiyên dengî roleke diyarker dilîze.Di van salên dawî de, bi pêşkeftina dûr û dirêj pergalên hîskirina fîberê optîkî ya bi vebijarka ultra-bilind, akademî û pîşesazî ji bo performansa firehiya rêzê ya piçûkkirina lazerê, bi taybetî di van de: teknolojiya hevgirtî bikar tîne. Teknolojiya tespîtkirinê ji bo analîzkirina îşaretên berbelavkirî yên fîberên optîkî yên di qada frekansê de, bi vegirtinek berfireh (hezar metre).Awantajên çareseriya bilind (çareseriya asta mîlîmetre) û hesasiyeta bilind (heta -100 dBm) bûye yek ji teknolojiyên ku di pîvandina fîbera optîkî û teknolojiya hîskirinê de perspektîfên berfireh ên serîlêdanê hene.Bingeha teknolojiya OFDR ev e ku meriv çavkaniya ronahiyê ya birêkûpêk bikar bîne da ku bigihîje birêkûpêkkirina frekansa optîkî, ji ber vê yekê performansa çavkaniya lazer faktorên sereke yên wekî qada tespîtkirina OFDR, hesasiyet û çareseriyê destnîşan dike.Dema ku dûrahiya xala refleksê nêzî dirêjahiya hevrêziyê be, tundiya îşareta lêdanê dê bi qasê t/τc bi qatanî kêm bibe.Ji bo çavkaniyek ronahiya Gaussian ya bi rengek spektral, ji bo ku were piştrast kirin ku frekansa lêdanê ji% 90 zêdetir dîtbarî ye, têkiliya di navbera firehiya xeta çavkaniya ronahiyê û dirêjahiya hestiyariya herî zêde ya ku pergalê dikare bi dest bixe Lmax~0.04vg e. /f, ku tê vê wateyê ku ji bo fiberek bi dirêjahiya 80 km, firehiya xeta çavkaniya ronahiyê ji 100 Hz kêmtir e.Digel vê yekê, pêşkeftina serîlêdanên din jî ji bo dirêjahiya xeta çavkaniya ronahiyê hewcedariyên bilindtir derdixe pêş.Mînakî, di pergala hîdrofona fîbera optîkî de, dirêjahiya rêza çavkaniya ronahiyê dengê pergalê diyar dike û di heman demê de nîşana pîvana herî kêm a pergalê jî diyar dike.Di refleksa qada dema optîkî ya Brillouin (BOTDR) de, pîvana pîvandinê ya germahî û stresê bi gelemperî ji hêla xêza çavkaniya ronahiyê ve tê destnîşankirin.Di gyroya fiber optîk a resonatorê de, dirêjahiya hevrêziya pêla ronahiyê dikare bi kêmkirina firehiya rêza çavkaniya ronahiyê were zêdekirin, bi vî rengî başbûn û kûrahiya rezonansê ya resonatorê baştir bike, firehiya xeta resonatorê kêm bike, û pîvandinê misoger bike. rastbûna gyro fiber optîk.
1.2 Pêdiviyên ji bo çavkaniyên lazerê yên şilandinê
Lazera şûştina dirêjahiya pêlê yekane xwedan performansa birêkûpêkkirina dirêjahiya pêlê ya maqûl e, dikare laserên dirêjahiya pêlê yên sabît ên gelek hilberan biguhezîne, lêçûna avakirina pergalê kêm bike, parçeyek domdar a pergala hîskirina fîbera optîkî ye.Mînakî, di şopandina fîbera gazê de, cûrbecûr gazan lûtkeyên cihêreng ên kişandina gazê hene.Ji bo ku dema ku gaza pîvandinê têr be û bigihîje hesasiyeta pîvanê ya bilind, karbidestiya kişandina ronahiyê were misoger kirin, pêdivî ye ku dirêjahiya pêla çavkaniya ronahiyê ya veguheztinê bi lûtkeya vegirtinê ya molekula gazê re were hevrêz kirin.Cûreya gaza ku dikare were tespît kirin bi bingehîn ji hêla dirêjahiya pêlê ya çavkaniya ronahiyê ve tê destnîşankirin.Ji ber vê yekê, lazerên bi dirêjahiya xeta teng bi performansa birêkûpêkkirina berbelavê ya domdar di pergalên hestiyariyê yên weha de xwedan nermbûna pîvandinê ye.Mînakî, di hin pergalên hîskirina fîbera optîkî ya belavbûyî de ku li ser bingeha refleksa qada frekansa optîkî ne, lazer pêdivî ye ku bi lez û bez bi periyodîk were şûştin da ku bigihîje tespîta hevgirtî û demodulasyona îşaretên optîkî ya rast-bilind, ji ber vê yekê rêjeya modulasyonê ya çavkaniya lazerê hewcedariyên nisbeten bilind e. , û leza şûştinê ya lazera verastkirî bi gelemperî pêdivî ye ku bigihîje 10 pm/μs.Digel vê yekê, lazera dirêjahiya pêlê ya bi dirêjahiya xeta teng jî dikare bi berfirehî li liDAR, lênihêrîna dûr a lazer û analîza spektralê ya bi rezîliya bilind û qadên din ên hîskirinê de were bikar anîn.Ji bo ku di warê hîskirina fîberê de hewcedariyên parametreyên performansa bilind ên tîrêjê birêkûpêk, rastbûna birêkûpêk û leza ahengkirinê ya lazerên yek-pêl-pêl di warê hîskirina fîberê de bicîh bînin, armanca giştî ya lêkolîna lazerên fîber-firehiya teng di van salên dawî de bidestxistina bilind li ser bingeha şopandina dirêjahiya xeta lazerê ya ultra-teng, dengê qonaxa pir-kêm, û frekans û hêza derketinê ya pir-îstîqrar di navberek dirêjahiya pêlê de rasthevkirin.
1.3 Daxwaza çavkaniya ronahiya lazer a spî
Di warê hestiyariya optîkî de, lazera ronahiya spî ya bilind-kalîteyê ji bo baştirkirina performansa pergalê pir girîng e.Her ku berbelavbûna spektrê ya lazera ronahiya spî berfirehtir be, ew qas serîlêdana wê di pergala hîskirina fîbera optîkî de berfirehtir e.Mînakî, dema ku ji bo avakirina torgilokek senzorê (FBG) tê bikar anîn, ji bo demodulasyonê dikare analîza spektral an jî rêbaza berhevkirina parzûna guhezbar were bikar anîn.Ya berê spektrometerek bikar anî da ku rasterast her dirêjahiya pêla resonant a FBG di torê de ceribandin.Ya paşîn parzûnek referansê bikar tîne da ku FBG-ê di hîskirinê de bişopîne û kalibr bike, ku her du jî çavkaniyek ronahiyê ya fireh wekî çavkaniyek ronahiya ceribandinê ji bo FBG-ê hewce dike.Ji ber ku her tora gihîştina FBG-ê dê xwedan windahiyek pêvekek diyar be, û xwedan firehiyek ji 0.1 nm zêdetir e, ji bo demodulasyona hevdem a pir FBG çavkaniyek ronahiyê ya fireh bi hêzek bilind û firehiya bandê ya bilind hewce dike.Mînakî, dema ku ji bo hîskirinê grîla fîberê ya demdirêj (LPFG) tê bikar anîn, ji ber ku firehiya lûtkeya windabûnê ya yekane di rêza 10 nm de ye, çavkaniyek ronahiyê ya berfereh bi firehiya bandê têr û spektruma nisbeten sivik pêdivî ye ku bi duristî taybetmendiya rezonantiya wê. taybetmendiyên peak.Bi taybetî, tîrêjê fîberê akustîk (AIFG) ku bi karanîna bandora acousto-optîkî ve hatî çêkirin, dikare bi rêgezek elektrîkê ve rêzeyek birêkûpêk a dirêjahiya pêla resonant heya 1000 nm bi dest bixe.Ji ber vê yekê, ceribandina tîrêjê ya dînamîkî bi rêgezek birêkûpêkek wusa pir-berfireh re ji berbeha berfê ya çavkaniyek ronahiyê ya fireh re pirsgirêkek mezin çêdike.Bi heman rengî, di van salên dawî de, tîrêjê fîberê Bragg-ê tilkirî di warê hestiyariya fîberê de jî bi berfirehî tê bikar anîn.Ji ber taybetmendiyên wê yên spektrama windabûna pir-pişkê, rêjeya belavkirina dirêjahiya pêlê bi gelemperî dikare bigihîje 40 nm.Mekanîzmaya hestiyariya wê bi gelemperî ew e ku tevgera têkildar di nav pir lûtkeyên veguheztinê de bide ber hev, ji ber vê yekê pêdivî ye ku spektra veguheztina wê bi tevahî were pîvandin.Pêdivî ye ku band û hêza çavkaniya ronahiyê ya berfereh bilindtir be.
2. Rewşa lêkolînê li hundur û derveyî welêt
2.1 Çavkaniya ronahiya lazerê ya bi dirêjahiya xeta teng
2.1.1 Lazera nerîn a nîvconduktorê bi dirêjahiya xeta teng
Di 2006 de, Cliche et al.pîvana MHz ya nîvconductor kêm kirLaser DFB(lazera berteka belavkirî) bi pîvana kHz bi karanîna rêbaza vegera elektrîkê;Di 2011 de, Kessler et al.Germahiya nizm û îstîqrara bilind valahiya krîstal a yekbûyî bi hev re bi kontrolkirina bertekên çalak re tê bikar anîn da ku hilberîna lazerê ya 40 MHz bi firehiya xeta ultra-teng bigire;Di sala 2013-an de, Peng et al bi karanîna rêbaza verastkirina bersivê ya derveyî Fabry-Perot (FP) hilberek lazerek nîvconductor bi dirêjahiya xêzek 15 kHz wergirt.Rêbaza vegera elektrîkê bi gelemperî bertekên stabîlkirina frekansê ya Pond-Drever-Hall bikar anî da ku dirêjahiya xeta lazerê ya çavkaniya ronahiyê kêm bibe.Di 2010 de, Bernhardi et al.1 cm alûmîna bi erbium-dopkirî FBG li ser substratek oxide silicon hilberand da ku hilberek lazerek bi firehiya xetê ya bi qasî 1,7 kHz bistîne.Di heman salê de, Liang et al.Bersiva xwe-derzkirinê ya belavbûna Rayleigh ya paşverû ya ku ji hêla resonatorek dîwarê echo-Q-ya bilind ve hatî çêkirin ji bo pêvekirina xêza-firehiya lazerê ya nîvconductor bikar anî, wekî ku di jimar 1 de tê xuyang kirin, û di dawiyê de derketinek lazerê ya bi dirêjahiya xeta 160 Hz wergirt.
Xiflteya 1 (a) Diyagrama komkirina firehiya xeta lazer a nîvconductor li ser bingeha xwe-derzkirina Rayleigh belavbûna resonatora moda galeriya bipifkirina derve;
(b) Spectruma Frekansê ya lazera nîvconduktorê ya belaş ku bi dirêjahiya xêzê 8 MHz e;
(c) Spectruma frekansa lazerê ya ku bi dirêjahiya xêzê bi 160 Hz ve hatî pêçandin
2.1.2 Lazera fiberê ya bi dirêjahiya xeta teng
Ji bo lazerên fîberê yên valahiya xêzkirî, derketina lazerê ya teng a moda dirêjî ya yekane bi kurtkirina dirêjahiya resonatorê û zêdekirina navbera moda dirêjî tê bidestxistin.Di 2004 de, Spiegelberg et al.bi karanîna rêbaza valahiya kurt a DBR ve hilberek lazerê ya bi dirêjahiya xeta teng a moda dirêj a yekane bi firehiya xetê 2 kHz wergirtiye.Di 2007 de, Shen et al.fîberek sîlîkonê ya bi giranî 2 cm bi erbium-dopkirî bikar anî da ku FBG li ser fîberek hestiyar a bi-Ge ya hev-dopkirî binivîsîne, û ew bi fiberek çalak ve kir da ku valahiyek xêzikî ya kompakt ava bike, ku firehiya xeta derana lazera wê ji 1 kHz kêmtir dike.Di 2010 de, Yang et al.valahiyek xêzikî ya 2 cm ya pir dopîkirî ya ku bi parzûnek FBG ya band teng ve hatî berhev kirin da ku hilberek lazerek moda dirêjî ya yekane bi firehiya xetê kêmtir ji 2 kHz werbigire.Di sala 2014-an de, tîmê valahiyek xêzikî ya kurt (resonatora zengila pêçandî ya virtual) ku bi parzûnek FBG-FP ve hatî berhev kirin bikar anî da ku hilberek lazerek bi firehiya xêzek tengtir bigire, wekî ku di jimar 3 de tê xuyang kirin. Di 2012 de, Cai et al.avahiyek valahiyek kurt a 1,4 cm bikar anî da ku hilberek lazerek polarîzasyonek bi hêza derketinê ya ji 114 mW mezintir, dirêjahiya pêlê ya navendî 1540,3 nm, û firehiya xetê 4,1 kHz bi dest bixe.Di 2013 de, Meng et al.belavbûna Brillouin ya fîbera dopîkirî ya erbiumê bi valahiyek zengilê ya kurt a amûrek parastinê ya tev-bias bikar anî da ku moda yek-dirêj, hilbera lazerê ya deng-qonaxa nizm bi hêza hilberanê ya 10 mW werbigire.Di sala 2015-an de, tîmê valahiyek zengilê ku ji 45 cm fîber-erbium-dopkirî pêk tê, wekî navgîna qezenca belavbûna Brillouin bikar anî da ku bergehek nizm û hilberek lazerê ya bi dirêjahiya xetê bigire.
Xiflteya 2 (a) Nîşana şematîkî ya lazera fiberê ya SLC;
(b) Rêzika nîşana heterodîn ku bi derengiya fîberê 97,6 km tê pîvandin
Dema şandinê: Nov-20-2023