ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग भाग एकसाठी लेसर स्त्रोत तंत्रज्ञान

साठी लेसर स्त्रोत तंत्रज्ञानऑप्टिकल फायबरसेन्सिंग भाग एक

ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग तंत्रज्ञान ऑप्टिकल फायबर तंत्रज्ञान आणि ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन टेक्नॉलॉजीसह एक प्रकारचे सेन्सिंग तंत्रज्ञान आहे आणि ते फोटोइलेक्ट्रिक तंत्रज्ञानाच्या सर्वात सक्रिय शाखांपैकी एक बनले आहे. ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टम प्रामुख्याने लेसर, ट्रान्समिशन फायबर, सेन्सिंग एलिमेंट किंवा मॉड्युलेशन क्षेत्र, हलके शोध आणि इतर भागांनी बनलेले आहे. प्रकाश वेव्हच्या वैशिष्ट्यांचे वर्णन करणारे पॅरामीटर्समध्ये तीव्रता, तरंगलांबी, टप्पा, ध्रुवीकरण स्थिती इत्यादींचा समावेश आहे. ऑप्टिकल फायबर ट्रान्समिशनमधील बाह्य प्रभावांद्वारे हे पॅरामीटर्स बदलले जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, जेव्हा तापमान, ताण, दबाव, चालू, विस्थापन, कंप, रोटेशन, वाकणे आणि रासायनिक प्रमाण ऑप्टिकल मार्गावर परिणाम करते तेव्हा हे पॅरामीटर्स अनुरुप बदलतात. ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग संबंधित भौतिक प्रमाणात शोधण्यासाठी या पॅरामीटर्स आणि बाह्य घटकांमधील संबंधांवर आधारित आहे.

बरेच प्रकार आहेतलेसर स्त्रोतऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टममध्ये वापरले जाते, जे दोन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते: सुसंगतलेसर स्त्रोतआणि विसंगत प्रकाश स्त्रोत, विसंगतप्रकाश स्रोतमुख्यतः चमचमीत प्रकाश आणि प्रकाश-उत्सर्जक डायोड आणि सुसंगत प्रकाश स्त्रोतांमध्ये घन लेसर, लिक्विड लेसर, गॅस लेसर,सेमीकंडक्टर लेसरआणिफायबर लेसर? खालील मुख्यतः साठी आहेलेझर लाइट स्रोतअलिकडच्या वर्षांत फायबर सेन्सिंगच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरला जातो: अरुंद लाइन रुंदी सिंगल-फ्रिक्वेन्सी लेसर, सिंगल-वेव्हलेन्थ स्वीप फ्रिक्वेन्सी लेसर आणि व्हाइट लेसर.

1.1 अरुंद लाइनविड्थसाठी आवश्यकतालेझर लाइट स्रोत

ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टम लेसर स्त्रोतापासून विभक्त करता येत नाही, कारण मोजली जाणारी सिग्नल कॅरियर लाइट वेव्ह, लेसर लाइट सोर्स स्वतःच कार्यक्षमता, जसे की पॉवर स्थिरता, लेसर लाइनविड्थ, फेज ध्वनी आणि ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टम डिटेक्शन अंतर, शोध अचूकता, संवेदनशीलता आणि ध्वनी वैशिष्ट्ये एक निर्णायक भूमिका बजावतात. अलिकडच्या वर्षांत, लांब पल्ल्याच्या अल्ट्रा-हाय रेझोल्यूशन ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टमच्या विकासासह, शैक्षणिक आणि उद्योगाने लेसर मिनीएटरायझेशनच्या लाइनविड्थ कामगिरीसाठी अधिक कठोर आवश्यकता पुढे आणल्या आहेत, मुख्यत: ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी डोमेन रिफ्लेक्शन (ओएफडीआर) ऑप्टिकल फाइब्सच्या विस्तृततेचे विश्लेषण करण्यासाठी सुसंगत शोध तंत्रज्ञानाचा वापर करते. उच्च रिझोल्यूशन (मिलिमीटर -स्तरीय रिझोल्यूशन) आणि उच्च संवेदनशीलता (-100 डीबीएम पर्यंत) चे फायदे वितरित ऑप्टिकल फायबर मोजमाप आणि सेन्सिंग तंत्रज्ञानामध्ये विस्तृत अनुप्रयोग संभाव्यता असलेल्या तंत्रज्ञानांपैकी एक बनले आहेत. ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी ट्यूनिंग साध्य करण्यासाठी ट्युनेबल लाइट सोर्स वापरणे हे डीआर तंत्रज्ञानाचा मुख्य भाग आहे, म्हणून लेसर स्त्रोताची कार्यक्षमता ओएफडी डीडीक्शन रेंज, संवेदनशीलता आणि रेझोल्यूशन सारख्या मुख्य घटक निश्चित करते. जेव्हा प्रतिबिंब बिंदू अंतर सुसंगत लांबीच्या जवळ असते, तेव्हा बीट सिग्नलची तीव्रता गुणांक τ/τ सी द्वारे वेगाने कमी केली जाईल. स्पेक्ट्रल आकारासह गौसीय प्रकाश स्त्रोतासाठी, बीट वारंवारतेत 90% पेक्षा जास्त दृश्यमानता आहे हे सुनिश्चित करण्यासाठी, प्रकाश स्त्रोताच्या लाइन रुंदी आणि सिस्टम प्राप्त करू शकणारी कमाल संवेदन लांबी यांच्यातील संबंध एलएमएक्स ~ 0.04 व्हीजी/एफ आहे, ज्याचा अर्थ असा आहे की 80 किमी लांबीच्या फायबरसाठी 100 एचझेडपेक्षा कमी रुंदी आहे. याव्यतिरिक्त, इतर अनुप्रयोगांच्या विकासामुळे प्रकाश स्त्रोताच्या लाइनविड्थसाठी उच्च आवश्यकता देखील पुढे ठेवल्या जातात. उदाहरणार्थ, ऑप्टिकल फायबर हायड्रोफोन सिस्टममध्ये, प्रकाश स्त्रोताची लाइनविड्थ सिस्टमचा आवाज निश्चित करते आणि सिस्टमचे किमान मोजण्यायोग्य सिग्नल देखील निर्धारित करते. ब्रिलॉइन ऑप्टिकल टाइम डोमेन रिफ्लेक्टर (बीओटीडीआर) मध्ये, तापमान आणि तणावाचे मोजमाप रिझोल्यूशन प्रामुख्याने प्रकाश स्त्रोताच्या लाइनविड्थद्वारे निश्चित केले जाते. रेझोनेटर फायबर ऑप्टिक गायरोमध्ये, प्रकाशाच्या लाइनची रुंदी कमी करून प्रकाश लहरीची सुसंगत लांबी वाढविली जाऊ शकते, ज्यामुळे रेझोनेटरची सूक्ष्मता आणि अनुनाद खोली सुधारते, रेझोनेटरची रेखा रुंदी कमी होते आणि फायबर ऑप्टिक गेरोची मोजमाप अचूकता सुनिश्चित करते.

1.2 स्वीप लेसर स्त्रोतांसाठी आवश्यकता

सिंगल वेव्हलेन्थ स्वीप लेसरमध्ये लवचिक तरंगलांबी ट्यूनिंग कामगिरी आहे, एकाधिक आउटपुट फिक्स्ड वेव्हलेन्थ लेसरची जागा घेऊ शकते, सिस्टम कन्स्ट्रक्शनची किंमत कमी करू शकते, ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टमचा अपरिहार्य भाग आहे. उदाहरणार्थ, ट्रेस गॅस फायबर सेन्सिंगमध्ये, वेगवेगळ्या प्रकारच्या वायूंमध्ये गॅस शोषणाची पीक वेगवेगळी असते. जेव्हा मोजमाप गॅस पुरेसा असतो आणि उच्च मापन संवेदनशीलता प्राप्त करते तेव्हा प्रकाश शोषण कार्यक्षमता सुनिश्चित करण्यासाठी, गॅस रेणूच्या शोषण शिखरासह ट्रान्समिशन लाइट स्रोताच्या तरंगलांबी संरेखित करणे आवश्यक आहे. गॅसचा प्रकार शोधला जाऊ शकतो सेन्सिंग लाइट सोर्सच्या तरंगलांबीद्वारे मूलत: निर्धारित केले जाते. म्हणूनच, स्थिर ब्रॉडबँड ट्यूनिंग कामगिरीसह अरुंद लाइनविड्थ लेसरमध्ये अशा सेन्सिंग सिस्टममध्ये मोजमाप लवचिकता जास्त असते. उदाहरणार्थ, ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी डोमेन प्रतिबिंबांवर आधारित काही वितरित ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टममध्ये, लेसरला नियमितपणे उच्च-परिशुद्धता सुसंगत शोध आणि ऑप्टिकल सिग्नलचे डिमोड्युलेशन साध्य करण्यासाठी वेगाने वाहून जाणे आवश्यक आहे, म्हणून लेसर स्त्रोताच्या मॉड्युलेशन रेटला तुलनेने उच्च आवश्यकता असते आणि सामान्यत: 10 पीएम/uns पर्यंत पोहोचणे आवश्यक असते. याव्यतिरिक्त, तरंगलांबी ट्यूनबल अरुंद लाइनविड्थ लेसरचा वापर लिडर, लेसर रिमोट सेन्सिंग आणि उच्च-रिझोल्यूशन स्पेक्ट्रल विश्लेषण आणि इतर सेन्सिंग फील्डमध्ये देखील मोठ्या प्रमाणात केला जाऊ शकतो. फायबर सेन्सिंगच्या क्षेत्रात ट्यूनिंग बँडविड्थ, ट्यूनिंग अचूकता आणि सिंगल-वेव्हलेन्थ लेसरची ट्यूनिंग गतीच्या उच्च कार्यक्षमतेच्या पॅरामीटर्सची आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, अलिकडच्या वर्षांत ट्यूनबल अरुंद-रुंदी फायबर लेसरचा अभ्यास करण्याचे संपूर्ण लक्ष्य अल्ट्रा-नॉन-लासे-स्ट्रीटच्या आधारावर अल्ट्रा-नॉन-लासे दैनंदिनतेच्या आधारावर आहे.

1.3 व्हाइट लेसर लाइट स्रोताची मागणी

ऑप्टिकल सेन्सिंगच्या क्षेत्रात, सिस्टमची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी उच्च-गुणवत्तेच्या व्हाइट लाइट लेसरला खूप महत्त्व आहे. व्हाइट लाइट लेसरचे स्पेक्ट्रम कव्हरेज विस्तृत आहे, ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग सिस्टममध्ये त्याचे अधिक विस्तृत अनुप्रयोग. उदाहरणार्थ, सेन्सर नेटवर्क तयार करण्यासाठी फायबर ब्रॅग ग्रेटिंग (एफबीजी) वापरताना, स्पेक्ट्रल विश्लेषण किंवा ट्युनेबल फिल्टर मॅचिंग पद्धत डीमोड्युलेशनसाठी वापरली जाऊ शकते. आधी नेटवर्कमधील प्रत्येक एफबीजी रेझोनंट तरंगलांबीची थेट चाचणी घेण्यासाठी स्पेक्ट्रोमीटरचा वापर केला. नंतरचे सेन्सिंगमध्ये एफबीजीचा मागोवा घेण्यासाठी आणि कॅलिब्रेट करण्यासाठी संदर्भ फिल्टर वापरते, या दोघांनाही एफबीजीसाठी चाचणी प्रकाश स्त्रोत म्हणून ब्रॉडबँड लाइट स्रोत आवश्यक आहे. कारण प्रत्येक एफबीजी network क्सेस नेटवर्कमध्ये विशिष्ट अंतर्भूत तोटा होईल आणि त्यामध्ये 0.1 एनएमपेक्षा जास्त बँडविड्थ असेल, एकाधिक एफबीजीच्या एकाचवेळी डिमोड्युलेशनला उच्च शक्ती आणि उच्च बँडविड्थसह ब्रॉडबँड लाइट स्रोत आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, सेन्सिंगसाठी दीर्घकालीन फायबर ग्रेटिंग (एलपीएफजी) वापरताना, एकल तोटा शिखराची बँडविड्थ 10 एनएमच्या क्रमाने असल्याने, त्याच्या अनुनाद पीक वैशिष्ट्ये अचूकपणे दर्शविण्यासाठी पुरेसे बँडविड्थ आणि तुलनेने सपाट स्पेक्ट्रम असलेले विस्तृत स्पेक्ट्रम लाइट स्रोत आवश्यक आहे. विशेषतः, अकॉस्टो-ऑप्टिकल इफेक्टचा वापर करून तयार केलेले ध्वनिक फायबर ग्रेटिंग (एआयएफजी) इलेक्ट्रिकल ट्यूनिंगद्वारे 1000 एनएम पर्यंत रेझोनंट तरंगलांबीची ट्यूनिंग श्रेणी प्राप्त करू शकते. म्हणूनच, अशा अल्ट्रा-वाइड ट्यूनिंग श्रेणीसह डायनॅमिक ग्रेटिंग चाचणी वाइड-स्पेक्ट्रम लाइट स्रोताच्या बँडविड्थ श्रेणीसाठी एक मोठे आव्हान आहे. त्याचप्रमाणे, अलिकडच्या वर्षांत, टिल्टेड ब्रॅग फायबर ग्रेटिंग देखील फायबर सेन्सिंगच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरली गेली आहे. त्याच्या मल्टी-पीक लॉस स्पेक्ट्रम वैशिष्ट्यांमुळे, तरंगलांबी वितरण श्रेणी सहसा 40 एनएम पर्यंत पोहोचू शकते. त्याची सेन्सिंग यंत्रणा सहसा एकाधिक ट्रान्समिशन शिखरांमधील सापेक्ष हालचालीची तुलना करणे असते, म्हणून त्याचे ट्रान्समिशन स्पेक्ट्रम पूर्णपणे मोजणे आवश्यक आहे. वाइड स्पेक्ट्रम लाइट सोर्सची बँडविड्थ आणि शक्ती जास्त असणे आवश्यक आहे.

2. देश -विदेशात संशोधन स्थिती

2.1 अरुंद लाइनविड्थ लेसर लाइट स्रोत

2.1.1 अरुंद लाइनविड्थ सेमीकंडक्टर वितरित अभिप्राय लेसर

2006 मध्ये, क्लिच एट अल. सेमीकंडक्टरचा मेगाहर्ट्झ स्केल कमी केलाडीएफबी लेसर(वितरित अभिप्राय लेसर) इलेक्ट्रिकल अभिप्राय पद्धतीचा वापर करून केएचझेड स्केलला; २०११ मध्ये, केसलर एट अल. 40 मेगाहर्ट्झचे अल्ट्रा-नॅरो लाइनविड्थ लेसर आउटपुट मिळविण्यासाठी सक्रिय अभिप्राय नियंत्रणासह कमी तापमान आणि उच्च स्थिरता सिंगल क्रिस्टल पोकळी वापरली; २०१ In मध्ये, पेंग एट अलने बाह्य फॅब्री-पेरॉट (एफपी) अभिप्राय समायोजनाच्या पद्धतीचा वापर करून 15 केएचझेडच्या लाइनविड्थसह सेमीकंडक्टर लेसर आउटपुट प्राप्त केले. विद्युत अभिप्राय पद्धतीने मुख्यत: प्रकाश स्त्रोताची लेसर लाइनविड्थ कमी करण्यासाठी तलावाच्या ड्रीव्हर-हॉल वारंवारता स्थिरीकरण अभिप्राय वापरला. 2010 मध्ये, बर्नहार्डी एट अल. सुमारे 1.7 केएचझेडच्या लाइन रुंदीसह लेसर आउटपुट मिळविण्यासाठी सिलिकॉन ऑक्साईड सब्सट्रेटवर 1 सेमी एर्बियम-डोप्ड एल्युमिना एफबीजी तयार केले. त्याच वर्षी, लिआंग एट अल. आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे सेमीकंडक्टर लेसर लाइन-रुंदी कॉम्प्रेशनसाठी उच्च-क्यू इको वॉल रेझोनेटरद्वारे तयार केलेल्या बॅकवर्ड रेलेघ स्कॅटरिंगचा सेल्फ-इंजेक्शन अभिप्राय वापरला आणि शेवटी 160 हर्ट्जचे अरुंद लाइन-रुंदी लेसर आउटपुट प्राप्त केले.

अंजीर. 1 (अ) बाह्य व्हिस्परिंग गॅलरी मोड रेझोनेटरच्या सेल्फ-इंजेक्शन रेलेघ स्कॅटरिंगवर आधारित सेमीकंडक्टर लेसर लाइनविड्थ कॉम्प्रेशनचे आकृती;
(बी) 8 मेगाहर्ट्झच्या लाइनविड्थसह विनामूल्य चालू असलेल्या सेमीकंडक्टर लेसरची वारंवारता स्पेक्ट्रम;
(सी) 160 हर्ट्जमध्ये कॉम्प्रेस केलेल्या लाइनविड्थसह लेसरची वारंवारता स्पेक्ट्रम
2.1.2 अरुंद लाइनविड्थ फायबर लेसर

रेखीय पोकळी फायबर लेसरसाठी, सिंगल रेखांशाचा मोडचे अरुंद लाइनविड्थ लेसर आउटपुट रेझोनेटरची लांबी कमी करून रेखांशाचा मोड मध्यांतर वाढवून प्राप्त केला जातो. 2004 मध्ये, स्पिगलबर्ग इत्यादी. डीबीआर शॉर्ट पोकळीच्या पद्धतीचा वापर करून 2 केएचझेडच्या लाइनविड्थसह एकल रेखांशाचा मोड अरुंद लाइनविड्थ लेसर आउटपुट प्राप्त केला. 2007 मध्ये, शेन एट अल. द्वि-जीई को-डोप्ड फोटोसेन्सिटिव्ह फायबरवर एफबीजी लिहिण्यासाठी 2 सेमी जोरदारपणे एर्बियम-डोप्ड सिलिकॉन फायबर वापरला आणि कॉम्पॅक्ट रेखीय पोकळी तयार करण्यासाठी सक्रिय फायबरसह फ्यूज केला, ज्यामुळे लेसर आउटपुट लाइन रुंदी 1 केएचझेडपेक्षा कमी बनते. 2010 मध्ये, यांग एट अल. 2 केएचझेडपेक्षा कमी लाइन रुंदीसह एकल रेखांशाचा मोड लेसर आउटपुट मिळविण्यासाठी अरुंदबँड एफबीजी फिल्टरसह एकत्रित 2 सेमी अत्यंत डोप्ड शॉर्ट रेखीय पोकळी वापरली. २०१ 2014 मध्ये, टीमने एफबीजी-एफपी फिल्टरसह एक शॉर्ट रेखीय पोकळी (व्हर्च्युअल फोल्ड रिंग रेझोनेटर) वापरली, आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, एक संकुचित रेषा रुंदीसह लेसर आउटपुट प्राप्त करण्यासाठी. 114 मेगावॅटपेक्षा जास्त आउटपुट पॉवरसह ध्रुवीकरण लेसर आउटपुट मिळविण्यासाठी 1.4 सेमी लहान पोकळीची रचना वापरली, मध्य तर 1540.3 एनएमची मध्य तरतूद आणि 4.1 केएचझेडची ओळ रुंदी मिळविली. 2013 मध्ये, मेंग एट अल. एकल-लांबलचक मोड, 10 मेगावॅटच्या आउटपुट पॉवरसह लो-फेज ध्वनी लेसर आउटपुट मिळविण्यासाठी पूर्ण-बायस संरक्षित डिव्हाइसच्या शॉर्ट रिंग पोकळीसह एर्बियम-डोप्ड फायबरचे ब्रिलॉइन स्कॅटरिंग वापरले. २०१ 2015 मध्ये, टीमने कमी उंबरठा आणि अरुंद लाइनविड्थ लेसर आउटपुट मिळविण्यासाठी ब्रिलॉइन स्कॅटरिंग गेन मध्यम म्हणून 45 सेमी एर्बियम-डोप्ड फायबर बनलेली रिंग पोकळी वापरली.

अंजीर 2 (अ) एसएलसी फायबर लेसरचे योजनाबद्ध रेखांकन;
(बी) 97.6 किमी फायबर विलंब सह मोजलेल्या हेटरोडिन सिग्नलचे लाइनशेप