ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் பகுதி ஒன்றிற்கான லேசர் மூல தொழில்நுட்பம்

லேசர் மூல தொழில்நுட்பம்ஆப்டிகல் ஃபைபர்பகுதி ஒன்றை உணர்கிறது

ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் தொழில்நுட்பம் என்பது ஆப்டிகல் ஃபைபர் தொழில்நுட்பம் மற்றும் ஆப்டிகல் ஃபைபர் கம்யூனிகேஷன் தொழில்நுட்பத்துடன் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு வகையான உணர்திறன் தொழில்நுட்பமாகும், மேலும் இது ஒளிமின்னழுத்த தொழில்நுட்பத்தின் மிகவும் செயலில் உள்ள கிளைகளில் ஒன்றாக மாறியுள்ளது. ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் சிஸ்டம் முக்கியமாக லேசர், டிரான்ஸ்மிஷன் ஃபைபர், உணர்திறன் உறுப்பு அல்லது மாடுலேஷன் பகுதி, ஒளி கண்டறிதல் மற்றும் பிற பகுதிகளால் ஆனது. ஒளி அலையின் பண்புகளை விவரிக்கும் அளவுருக்கள் தீவிரம், அலைநீளம், கட்டம், துருவமுனைப்பு நிலை போன்றவை அடங்கும். ஆப்டிகல் ஃபைபர் பரிமாற்றத்தில் வெளிப்புற தாக்கங்களால் இந்த அளவுருக்கள் மாற்றப்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, வெப்பநிலை, திரிபு, அழுத்தம், மின்னோட்டம், இடப்பெயர்ச்சி, அதிர்வு, சுழற்சி, வளைவு மற்றும் வேதியியல் அளவு ஆகியவை ஆப்டிகல் பாதையை பாதிக்கும்போது, ​​இந்த அளவுருக்கள் அதற்கேற்ப மாறுகின்றன. ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் இந்த அளவுருக்கள் மற்றும் வெளிப்புற காரணிகளுக்கு இடையிலான உறவை அடிப்படையாகக் கொண்டது.

பல வகைகள் உள்ளனலேசர் மூலஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது இரண்டு வகைகளாக பிரிக்கப்படலாம்: ஒத்திசைவுலேசர் ஆதாரங்கள்மற்றும் பொருத்தமற்ற ஒளி மூலங்கள், பொருத்தமற்றவைஒளி மூலங்கள்முக்கியமாக ஒளிரும் ஒளி மற்றும் ஒளி-உமிழும் டையோட்கள் அடங்கும், மேலும் ஒத்திசைவான ஒளி மூலங்களில் திட ஒளிக்கதிர்கள், திரவ ஒளிக்கதிர்கள், வாயு ஒளிக்கதிர்கள் ஆகியவை அடங்கும்,குறைக்கடத்தி லேசர்மற்றும்ஃபைபர் லேசர். பின்வருபவை முக்கியமாகலேசர் ஒளி மூலசமீபத்திய ஆண்டுகளில் ஃபைபர் சென்சிங் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது: குறுகிய வரி அகலம் ஒற்றை அதிர்வெண் லேசர், ஒற்றை-அலைநீள ஸ்வீப் அதிர்வெண் லேசர் மற்றும் வெள்ளை லேசர்.

1.1 குறுகிய வரி அகலத்திற்கான தேவைகள்லேசர் ஒளி மூலங்கள்

ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் சிஸ்டத்தை லேசர் மூலத்திலிருந்து பிரிக்க முடியாது, ஏனெனில் அளவிடப்பட்ட சமிக்ஞை கேரியர் லைட் அலை, லேசர் ஒளி மூலமானது, அதாவது மின் நிலைத்தன்மை, லேசர் வரி அகலம், கட்ட சத்தம் மற்றும் ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் சிஸ்டம் கண்டறிதல் தூரம், கண்டறிதல் துல்லியம், உணர்திறன் மற்றும் இரைச்சல் பண்புகள் போன்ற பிற அளவுருக்கள் ஒரு தீர்க்கமான பாத்திரத்தை வகிக்கின்றன. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், நீண்ட தூர அல்ட்ரா-உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் அமைப்புகளின் வளர்ச்சியுடன், கல்வியாளர்கள் மற்றும் தொழில் லேசர் மினியேட்டரைசேஷனின் வரிவடிவ செயல்திறனுக்கான மிகவும் கடுமையான தேவைகளை முன்வைத்துள்ளன, முக்கியமாக: ஆப்டிகல் அதிர்வெண் டொமைன் பிரதிபலிப்பு (OFDR) தொழில்நுட்பம் பின்னடைவு களஞ்சியத்தின் ஒளிரும் களஞ்சியங்களின் ஒளிரும் அடையாளங்களை பகுப்பாய்வு செய்ய ஒத்திசைவான கண்டறிதல் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. உயர் தெளிவுத்திறன் (மில்லிமீட்டர் -நிலை தெளிவுத்திறன்) மற்றும் அதிக உணர்திறன் (-100 டிபிஎம் வரை) ஆகியவற்றின் நன்மைகள் விநியோகிக்கப்பட்ட ஆப்டிகல் ஃபைபர் அளவீட்டு மற்றும் உணர்திறன் தொழில்நுட்பத்தில் பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்ட தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாக மாறிவிட்டன. ஆப்டிகல் அதிர்வெண் ட்யூனிங்கை அடைய ட்யூனபிள் லைட் மூலத்தைப் பயன்படுத்துவதே OFDR தொழில்நுட்பத்தின் மையமாகும், எனவே லேசர் மூலத்தின் செயல்திறன் OFDR கண்டறிதல் வரம்பு, உணர்திறன் மற்றும் தீர்மானம் போன்ற முக்கிய காரணிகளை தீர்மானிக்கிறது. பிரதிபலிப்பு புள்ளி தூரம் ஒத்திசைவு நீளத்திற்கு நெருக்கமாக இருக்கும்போது, ​​பீட் சிக்னலின் தீவிரம் குணகம் τ/τc ஆல் அதிவேகமாக கவனிக்கப்படும். ஒரு ஸ்பெக்ட்ரல் வடிவத்துடன் கூடிய காஸியன் ஒளி மூலத்திற்கு, பீட் அதிர்வெண் 90% க்கும் அதிகமான தெரிவுநிலையைக் கொண்டிருப்பதை உறுதி செய்வதற்காக, ஒளி மூலத்தின் வரி அகலத்திற்கும், கணினி அடையக்கூடிய அதிகபட்ச உணர்திறன் நீளத்திற்கும் இடையிலான உறவு LMAX ~ 0.04Vg/F ஆகும், அதாவது 80 கிமீ நீளமுள்ள ஒரு இழைக்கு, ஒளி மூலத்தின் வரி அகலம் 100 HZ க்கும் குறைவாக உள்ளது. கூடுதலாக, பிற பயன்பாடுகளின் வளர்ச்சி ஒளி மூலத்தின் வரி அகலத்திற்கான அதிக தேவைகளையும் முன்வைக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஆப்டிகல் ஃபைபர் ஹைட்ரோஃபோன் அமைப்பில், ஒளி மூலத்தின் வரி அகலம் கணினி சத்தத்தை தீர்மானிக்கிறது மற்றும் அமைப்பின் குறைந்தபட்ச அளவிடக்கூடிய சமிக்ஞையையும் தீர்மானிக்கிறது. பிரில்லூயின் ஆப்டிகல் டைம் டொமைன் பிரதிபலிப்பான் (போட்.டி.ஆர்), வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தின் அளவீட்டுத் தீர்மானம் முக்கியமாக ஒளி மூலத்தின் வரி அகலத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. ஒரு ரெசனேட்டர் ஃபைபர் ஆப்டிக் கைரோவில், ஒளி மூலத்தின் வரி அகலத்தைக் குறைப்பதன் மூலம் ஒளி அலையின் ஒத்திசைவு நீளத்தை அதிகரிக்க முடியும், இதன் மூலம் ரெசனேட்டரின் நேர்த்தியான மற்றும் அதிர்வு ஆழத்தை மேம்படுத்துகிறது, ரெசனேட்டரின் வரி அகலத்தைக் குறைக்கிறது, மற்றும் ஃபைபர் ஆப்டிக் கைரோவின் அளவீட்டு துல்லியத்தை உறுதி செய்கிறது.

1.2 ஸ்வீப் லேசர் மூலங்களுக்கான தேவைகள்

ஒற்றை அலைநீள ஸ்வீப் லேசர் நெகிழ்வான அலைநீள ட்யூனிங் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது, பல வெளியீட்டு நிலையான அலைநீள ஒளிக்கதிர்களை மாற்றலாம், கணினி கட்டுமான செலவைக் குறைக்கும், ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் அமைப்பின் இன்றியமையாத பகுதியாகும். எடுத்துக்காட்டாக, சுவடு வாயு ஃபைபர் சென்சிங்கில், வெவ்வேறு வகையான வாயுக்கள் வெவ்வேறு வாயு உறிஞ்சுதல் சிகரங்களைக் கொண்டுள்ளன. அளவீட்டு வாயு போதுமானதாக இருக்கும்போது ஒளி உறிஞ்சுதல் செயல்திறனை உறுதி செய்வதற்கும், அதிக அளவீட்டு உணர்திறனை அடைவதற்கும், பரிமாற்ற ஒளி மூலத்தின் அலைநீளத்தை வாயு மூலக்கூறின் உறிஞ்சுதல் உச்சத்துடன் சீரமைக்க வேண்டியது அவசியம். கண்டறியக்கூடிய வாயு வகை அடிப்படையில் உணர்திறன் ஒளி மூலத்தின் அலைநீளத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. ஆகையால், நிலையான பிராட்பேண்ட் ட்யூனிங் செயல்திறன் கொண்ட குறுகிய வரி அகலம் லேசர்கள் இத்தகைய உணர்திறன் அமைப்புகளில் அதிக அளவீட்டு நெகிழ்வுத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, ஆப்டிகல் அதிர்வெண் டொமைன் பிரதிபலிப்பின் அடிப்படையில் சில விநியோகிக்கப்பட்ட ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் அமைப்புகளில், லேசர் அதிக துல்லியமான ஒத்திசைவான கண்டறிதல் மற்றும் ஆப்டிகல் சிக்னல்களின் குறைவை அடைய விரைவாக அவ்வப்போது துடைக்கப்பட வேண்டும், எனவே லேசர் மூலத்தின் பண்பேற்றம் விகிதம் ஒப்பீட்டளவில் அதிக தேவைகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் சரிசெய்யக்கூடிய லேசரின் ஸ்வீப் வேகம் வழக்கமாக 10 மணி/μs ஐ அடைய வேண்டும். கூடுதலாக, அலைநீளம் சரிசெய்யக்கூடிய குறுகிய வரிவடிவ லேசர் லிடார், லேசர் ரிமோட் சென்சிங் மற்றும் உயர்-தெளிவுத்திறன் கொண்ட நிறமாலை பகுப்பாய்வு மற்றும் பிற உணர்திறன் புலங்களிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படலாம். In order to meet the requirements of high performance parameters of tuning bandwidth, tuning accuracy and tuning speed of single-wavelength lasers in the field of fiber sensing, the overall goal of studying tunable narrow-width fiber lasers in recent years is to achieve high-precision tuning in a larger wavelength range on the basis of pursuing ultra-narrow laser linewidth, ultra-low phase noise, and ultra-stable output frequency and சக்தி.

1.3 வெள்ளை லேசர் ஒளி மூலத்திற்கான தேவை

ஆப்டிகல் சென்சிங் துறையில், அமைப்பின் செயல்திறனை மேம்படுத்த உயர்தர வெள்ளை ஒளி லேசர் மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. வெள்ளை ஒளி லேசரின் ஸ்பெக்ட்ரம் கவரேஜ், ஆப்டிகல் ஃபைபர் சென்சிங் அமைப்பில் அதன் பயன்பாடு மிகவும் விரிவானது. எடுத்துக்காட்டாக, சென்சார் நெட்வொர்க்கை உருவாக்க ஃபைபர் ப்ராக் கிரேட்டிங் (எஃப்.பி.ஜி) ஐப் பயன்படுத்தும் போது, ​​ஸ்பெக்ட்ரல் பகுப்பாய்வு அல்லது சரிசெய்யக்கூடிய வடிகட்டி பொருந்தும் முறையை டெமோடூலேஷனுக்கு பயன்படுத்தலாம். நெட்வொர்க்கில் உள்ள ஒவ்வொரு FBG அதிர்வு அலைநீளத்தையும் நேரடியாக சோதிக்க முந்தையது ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டரைப் பயன்படுத்தியது. பிந்தையது சென்சிங்கில் FBG ஐ கண்காணிக்கவும் அளவீடு செய்யவும் ஒரு குறிப்பு வடிப்பானைப் பயன்படுத்துகிறது, இவை இரண்டும் FBG க்கான சோதனை ஒளி மூலமாக பிராட்பேண்ட் ஒளி மூலமாக தேவைப்படுகின்றன. ஒவ்வொரு FBG அணுகல் நெட்வொர்க்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட செருகும் இழப்பைக் கொண்டிருப்பதால், 0.1 nm க்கும் அதிகமான அலைவரிசையைக் கொண்டிருப்பதால், பல FBG இன் ஒரே நேரத்தில் டெமோடூலேஷனுக்கு அதிக சக்தி மற்றும் அதிக அலைவரிசை கொண்ட பிராட்பேண்ட் ஒளி மூலமும் தேவைப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, உணர்திறனுக்காக நீண்ட கால ஃபைபர் கிரேட்டிங் (எல்பிஎஃப்ஜி) ஐப் பயன்படுத்தும் போது, ​​ஒற்றை இழப்பு உச்சத்தின் அலைவரிசை 10 என்எம் வரிசையில் இருப்பதால், போதுமான அலைவரிசை மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் தட்டையான ஸ்பெக்ட்ரம் கொண்ட ஒரு பரந்த நிறமாலை ஒளி மூலமானது அதன் அதிர்வு உச்ச பண்புகளை துல்லியமாக வகைப்படுத்த தேவைப்படுகிறது. குறிப்பாக, ஒலியியல்-ஆப்டிகல் விளைவைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் கட்டப்பட்ட ஒலி ஃபைபர் கிரேட்டிங் (AIFG) மின் சரிப்படுத்தும் மூலம் 1000 என்.எம் வரை அதிர்வு அலைநீளத்தின் சரிப்படுத்தும் வரம்பை அடைய முடியும். ஆகையால், இதுபோன்ற அதிவேக அளவிலான ட்யூனிங் வரம்பைக் கொண்ட டைனமிக் கிராட்டிங் சோதனை ஒரு பரந்த-ஸ்பெக்ட்ரம் ஒளி மூலத்தின் அலைவரிசை வரம்பிற்கு பெரும் சவாலாக உள்ளது. இதேபோல், சமீபத்திய ஆண்டுகளில், சாய்ந்த ப்ராக் ஃபைபர் கிராட்டிங் ஃபைபர் சென்சிங் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதன் மல்டி-பீக் இழப்பு ஸ்பெக்ட்ரம் பண்புகள் காரணமாக, அலைநீள விநியோக வரம்பு பொதுவாக 40 என்.எம். அதன் உணர்திறன் பொறிமுறையானது பொதுவாக பல பரிமாற்ற சிகரங்களுக்கிடையில் ஒப்பீட்டு இயக்கத்தை ஒப்பிடுவதாகும், எனவே அதன் டிரான்ஸ்மிஷன் ஸ்பெக்ட்ரத்தை முழுவதுமாக அளவிட வேண்டியது அவசியம். பரந்த ஸ்பெக்ட்ரம் ஒளி மூலத்தின் அலைவரிசை மற்றும் சக்தி அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.

2. உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் ஆராய்ச்சி நிலை

2.1 குறுகிய வரி அகலம் லேசர் ஒளி மூல

2.1.1 குறுகிய வரி அகலம் குறைக்கடத்தி விநியோகிக்கப்பட்ட பின்னூட்ட லேசர்

2006 இல், கிளிச் மற்றும் பலர். குறைக்கடத்தியின் MHZ அளவைக் குறைத்ததுடி.எஃப்.பி லேசர்(விநியோகிக்கப்பட்ட பின்னூட்ட லேசர்) மின் பின்னூட்ட முறையைப் பயன்படுத்தி KHz அளவிற்கு; 2011 இல், கெஸ்லர் மற்றும் பலர். குறைந்த வெப்பநிலை மற்றும் உயர் நிலைத்தன்மை ஒற்றை படிக குழி பயன்படுத்தப்பட்டது செயலில் பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டுடன் இணைந்து 40 மெகா ஹெர்ட்ஸ் அல்ட்ரா-நாரோ லைன் அக்விட் லேசர் வெளியீட்டைப் பெற; 2013 ஆம் ஆண்டில், பெங் மற்றும் பலர் வெளிப்புற ஃபேப்ரி-பெரோட் (எஃப்.பி) பின்னூட்ட சரிசெய்தலின் முறையைப் பயன்படுத்தி 15 கிலோஹெர்ட்ஸின் வரிவடிவத்துடன் ஒரு குறைக்கடத்தி லேசர் வெளியீட்டைப் பெற்றனர். மின் பின்னூட்ட முறை முக்கியமாக ஒளி மூலத்தின் லேசர் வரி அகலத்தை குறைக்க பாண்ட்-ட்ரெவர்-ஹால் அதிர்வெண் உறுதிப்படுத்தல் பின்னூட்டத்தைப் பயன்படுத்தியது. 2010 இல், பெர்ன்ஹார்டி மற்றும் பலர். சுமார் 1.7 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரி அகலத்துடன் லேசர் வெளியீட்டைப் பெற சிலிக்கான் ஆக்சைடு அடி மூலக்கூறில் 1 செ.மீ எர்பியம்-டோப் அலுமினா எஃப்.பி.ஜி. அதே ஆண்டில், லியாங் மற்றும் பலர். படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, குறைக்கடத்தி லேசர் வரி அகல சுருக்கத்திற்காக உயர்-கியூ எதிரொலி சுவர் ரெசனேட்டரால் உருவாக்கப்பட்ட பின்தங்கிய ரேலீ சிதறலின் சுய-ஊசி பின்னூட்டத்தைப் பயன்படுத்தியது, இறுதியாக 160 ஹெர்ட்ஸ் குறுகிய வரி அகல லேசர் வெளியீட்டைப் பெற்றது.

அத்தி.
(ஆ) 8 மெகா ஹெர்ட்ஸ் வரி அகலத்துடன் இலவச இயங்கும் குறைக்கடத்தி லேசரின் அதிர்வெண் ஸ்பெக்ட்ரம்;
(இ) வரி அகலத்துடன் லேசரின் அதிர்வெண் ஸ்பெக்ட்ரம் 160 ஹெர்ட்ஸ் சுருக்கப்பட்டுள்ளது
2.1.2 குறுகிய வரி அகலம் ஃபைபர் லேசர்

நேரியல் குழி ஃபைபர் ஒளிக்கதிர்களுக்கு, ரெசனேட்டரின் நீளத்தை குறைப்பதன் மூலமும், நீளமான பயன்முறை இடைவெளியை அதிகரிப்பதன் மூலமும் ஒற்றை நீளமான பயன்முறையின் குறுகிய வரி அகலம் லேசர் வெளியீடு பெறப்படுகிறது. 2004 ஆம் ஆண்டில், ஸ்பீகல்பெர்க் மற்றும் பலர். டிபிஆர் குறுகிய குழி முறையைப் பயன்படுத்தி 2 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரி அகலத்துடன் குறுகிய நீளமான பயன்முறை குறுகிய வரி அகலம் லேசர் வெளியீட்டைப் பெற்றது. 2007 இல், ஷென் மற்றும் பலர். பி-ஜி.இ. இணை-டோப் செய்யப்பட்ட ஃபோட்டோசென்சிட்டிவ் ஃபைபரில் எஃப்.பி.ஜி எழுத 2 செ.மீ அதிக எர்பியம்-டோப் செய்யப்பட்ட சிலிக்கான் ஃபைபர் பயன்படுத்தியது, மேலும் ஒரு சிறிய ஃபைபர் மூலம் ஒரு சிறிய நேரியல் குழியை உருவாக்கியது, அதன் லேசர் வெளியீட்டு வரி அகலத்தை 1 கிலோஹெர்ட்ஸ் க்கும் குறைவாக மாற்றும். 2010 இல், யாங் மற்றும் பலர். 2 செ.மீ. 2014 ஆம் ஆண்டில், குழு ஒரு குறுகிய நேரியல் குழி (மெய்நிகர் மடிந்த மோதிர ரெசனேட்டர்) ஒரு FBG-FP வடிகட்டியுடன் இணைந்து ஒரு குறுகிய கோடு அகலத்துடன் லேசர் வெளியீட்டைப் பெற பயன்படுத்தியது, படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 2012 இல், கெய் மற்றும் பலர். 114 மெகாவாட்டுக்கும் அதிகமான வெளியீட்டு சக்தியுடன் துருவமுனைக்கும் லேசர் வெளியீட்டைப் பெற 1.4 செ.மீ குறுகிய குழி கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்தியது, 1540.3 என்.எம் மைய அலைநீளம் மற்றும் 4.1 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரி அகலம். 2013 இல், மெங் மற்றும் பலர். 10 மெகாவாட் வெளியீட்டு சக்தியுடன் ஒற்றை-நீண்டகால பயன்முறையைப் பெறுவதற்கு முழு-சார்பு பாதுகாக்கும் சாதனத்தின் குறுகிய வளைய குழியுடன் எர்பியம்-டோப் செய்யப்பட்ட ஃபைபரின் பிரில்லூயின் சிதறல் பயன்படுத்தப்பட்டது. 2015 ஆம் ஆண்டில், குழு 45 செ.மீ எர்பியம்-டோப் ஃபைபர் கொண்ட ஒரு மோதிரக் குழியை பிரில்லூயின் சிதறல் நடுத்தரமாக குறைந்த வாசல் மற்றும் குறுகிய வரி அகலம் லேசர் வெளியீட்டைப் பெற பயன்படுத்தியது.

படம் 2 (அ) எஸ்.எல்.சி ஃபைபர் லேசரின் திட்ட வரைபடம்;
(ஆ) 97.6 கி.மீ.