Lazer çeşmesi tehnologiýasyoptiki süýümBirinji bölüm
Optiki süýümi duýmak tehnologiýasy optiki süýüm tehnologiýasy we optiki süýüm aragatnaşyk tehnologiýasy bilen bilelikde işlenip düzülen duýgur tehnologiýanyň bir görnüşidir we fotoelektrik tehnologiýasynyň iň işjeň pudaklarynyň birine öwrüldi. Optiki süýümi duýmak ulgamy esasan lazerden, geçiriji süýümden, duýgur elementden ýa-da modulirleme meýdanyndan, ýagtylygy kesgitlemekden we beýleki böleklerden durýar. Lightagtylyk tolkunyň aýratynlyklaryny beýan edýän parametrlere intensiwlik, tolkun uzynlygy, faza, polýarizasiýa ýagdaýy we ş.m. girýär. Bu parametrler optiki süýüm geçirişinde daşarky täsirler bilen üýtgedilip bilner. Mysal üçin, temperatura, dartyş, basyş, tok, süýşme, yrgyldy, aýlanma, egilmek we himiki mukdar optiki ýoluň täsirine düşende, bu parametrler degişlilikde üýtgeýär. Optiki süýümi duýmak, degişli fiziki mukdarlary kesgitlemek üçin bu parametrler bilen daşarky faktorlaryň arasyndaky baglanyşyga esaslanýar.
Köp görnüşleri barlazer çeşmesiiki kategoriýa bölüp boljak optiki süýüm duýgur ulgamlarynda ulanylýar: sazlaşyklylazer çeşmeleriwe birmeňzeş däl ýagtylyk çeşmeleriýagtylyk çeşmeleriesasan akkor yşyk we ýagtylyk çykaryjy diodlary öz içine alýar we yzygiderli ýagtylyk çeşmelerine gaty lazerler, suwuk lazerler, gaz lazerleri,ýarymgeçiriji lazerwesüýümli lazer. Aşakdakylar esasanlazer ýagtylyk çeşmesisoňky ýyllarda süýümi duýmak pudagynda giňden ulanylýar: dar çyzygyň ini bir ýygylykly lazer, bir tolkun uzynlygy süpüriş ýygylygy lazeri we ak lazer.
1.1 Dar çyzyk üçin talaplarlazer ýagtylyk çeşmeleri
Optiki süýümi duýmak ulgamy lazer çeşmesinden aýrylyp bilinmez, sebäbi ölçenen signal göterijiniň ýagtylyk tolkuny, kuwwat durnuklylygy, lazer çyzyk giňligi, faza sesleri we optiki süýüm duýgur ulgamynyň kesgitleýiş aralygyndaky beýleki parametrler ýaly lazer ýagtylyk çeşmesiniň öndürijiligi. takyklygy, duýgurlygy we ses aýratynlyklary aýgytly rol oýnaýar. Soňky ýyllarda uzak aralyk ultra ýokary çözgütli optiki süýüm duýgur ulgamlarynyň ösmegi bilen akademiýa we senagat, lazer miniatýurizasiýasynyň çyzykly ýerine ýetirilmegi üçin has berk talaplary öňe sürdi, esasan: optiki ýygylyk domen şöhlelenmesi (OFDR) tehnologiýasy sazlaşykly ulanýar giň meýdany (müňlerçe metr) ýygylyk domeninde optiki süýümleriň arka ýaýradylan signallaryny seljermek tehnologiýasy. Resolutionokary ölçegli (millimetr derejeli çözgüt) we ýokary duýgurlygyň (-100 dBm çenli) artykmaçlyklary paýlanan optiki süýümi ölçemek we duýgurmak tehnologiýasynda giň ulanylyş perspektiwaly tehnologiýalaryň birine öwrüldi. OFDR tehnologiýasynyň özeni optiki ýygylygy sazlamak üçin sazlanyp bilinýän ýagtylyk çeşmesini ulanmakdyr, şonuň üçin lazer çeşmesiniň öndürijiligi OFDR kesgitleme diapazony, duýgurlyk we çözgüt ýaly esasy faktorlary kesgitleýär. Haçan-da şöhlelendiriş nokadynyň aralygy utgaşyklygyň uzynlygyna ýakyn bolsa, urlan signalyň intensiwligi τ / τc koeffisiýenti bilen ekspensial güýçlener. Spektral şekilli Gaussyň ýagtylyk çeşmesi üçin, urulýan ýygylygyň 90% -den gowrak görünmegini üpjün etmek üçin ýagtylyk çeşmesiniň çyzygynyň giňligi bilen ulgamyň gazanyp biljek iň ýokary duýgurlygynyň arasyndaky baglanyşyk Lmax ~ 0.04vg / f, bu uzynlygy 80 km bolan süýüm üçin ýagtylyk çeşmesiniň çyzygynyň ini 100 Hz-den pesdigini aňladýar. Mundan başga-da, beýleki programmalaryň işlenip düzülmegi, ýagtylyk çeşmesiniň çyzyklylygy üçin has ýokary talaplary öňe sürýär. Mysal üçin, optiki süýümli gidrofon ulgamynda ýagtylyk çeşmesiniň çyzygy ulgam sesini kesgitleýär we ulgamyň iň az ölçenip bilýän signalyny hem kesgitleýär. Brillouin optiki wagt domen reflektorynda (BOTDR), temperaturanyň we stresiň ölçeg çözgüdi esasan ýagtylyk çeşmesiniň çyzyklylygy bilen kesgitlenýär. Rezonator süýümli optiki gyro, ýagtylyk tolkunynyň utgaşyklyk uzynlygyny ýagtylyk çeşmesiniň çyzyk giňligini azaltmak, şeýlelik bilen rezonatoryň inçeligini we rezonans çuňlugyny ýokarlandyrmak, rezonatoryň çyzyk giňligini azaltmak we ölçemegi üpjün etmek arkaly ýokarlandyryp bolar. süýümli optiki gyro takyklygy.
1.2 Lazer çeşmelerini süpürmek üçin talaplar
Tolkun uzynlygy süpürmek lazeriniň çeýe tolkun uzynlygyny sazlamak ýerine ýetirijiligi bar, birnäçe tolkun uzynlygy lazerini çalşyp biler, ulgam gurluşygynyň bahasyny azaldyp biler, optiki süýüm duýgur ulgamynyň aýrylmaz bölegidir. Mysal üçin, gaz süýümini duýmakda dürli gazlar dürli gaz siňdiriş derejelerine eýe. Ölçeg gazy ýeterlik bolanda ýagtylygyň siňdirilişiniň netijeliligini üpjün etmek we has ýokary ölçeg duýgurlygyna ýetmek üçin, geçiriji ýagtylyk çeşmesiniň tolkun uzynlygyny gaz molekulasynyň siňdiriş derejesi bilen deňleşdirmeli. Detüze çykarylyp bilinjek gazyň görnüşi, esasan, ýagtylyk çeşmesiniň tolkun uzynlygy bilen kesgitlenýär. Şonuň üçin durnukly giň zolakly sazlaýyş öndürijiligi bolan dar çyzykly lazerler şeýle duýgur ulgamlarda has ýokary ölçeg çeýeligine eýe. Mysal üçin, optiki ýygylyk domen şöhlelenmesine esaslanýan käbir paýlanan optiki süýüm duýgur ulgamlarynda optiki signallaryň ýokary takyk sazlaşykly tapylmagyny we demodulýasiýasyny gazanmak üçin lazeri wagtal-wagtal süpürmeli, şonuň üçin lazer çeşmesiniň modulýasiýa tizligi has ýokary talaplara eýe. we sazlanyp bilinýän lazeriň süpüriş tizligi adatça agşam 10 / μs-a ýetmeli. Mundan başga-da, tolkun uzynlygy sazlanyp bilinýän dar çyzykly lazer liDAR, lazer uzakdan duýgurlyk we ýokary çözgütli spektral derňew we beýleki duýgur meýdanlarynda giňden ulanylyp bilner. Süýüm duýgurlygy ulgamynda zolakly giňligi sazlamagyň, sazlamagyň takyklygyny we bir tolkunly lazerleriň sazlanyş tizliginiň ýokary öndürijilik parametrleriniň talaplaryny kanagatlandyrmak üçin soňky ýyllarda sazlanyp bilinýän dar ini süýümli lazerleri öwrenmegiň umumy maksady ýokary derejä ýetmekdir. Ultra dar lazer çyzyklylygyny, ultra pes fazaly sesleri we ultra durnukly çykyş ýygylygyny we güýjüni yzarlamak esasynda has uly tolkun uzynlygy aralygynda takyk sazlamak.
1.3 Ak lazer ýagtylyk çeşmesine isleg
Optiki duýgurlyk ulgamynda ulgamyň işleýşini gowulandyrmak üçin ýokary hilli ak ýagtylyk lazeri uly ähmiýete eýe. Ak ýagtylyk lazeriniň spektr örtügi näçe giň bolsa, optiki süýüm duýgur ulgamynda ulanylyşy şonça-da giňdir. Mysal üçin, datçik toruny gurmak üçin süýümli “Bragg grating” (FBG) ulanylanda, demodulýasiýa üçin spektral derňew ýa-da süzgüç bilen sazlamak usuly ulanylyp bilner. Öňküsi tordaky her FBG rezonans tolkun uzynlygyny göni barlamak üçin spektrometr ulandy. Ikinjisi, FBG-ni yzarlamak we kalibrlemek üçin salgylanma süzgüçini ulanýar, bularyň ikisi hem FBG üçin synag çyrasy hökmünde giň zolakly ýagtylyk çeşmesini talap edýär. Her FBG giriş ulgamynyň belli bir goýulma ýitgisi bolar we geçirijilik giňligi 0,1 nm-den geçjekdigi sebäpli, köp FBG-nyň bir wagtyň özünde demodulýasiýasy ýokary güýçli we ýokary geçirijilikli giň zolakly ýagtylyk çeşmesini talap edýär. Mysal üçin, duýmak üçin uzak möhletli süýümli örtük (LPFG) ulanylanda, bir ýitginiň iň ýokary zolagy 10 nm tertipde bolany üçin, rezonansyny takyk häsiýetlendirmek üçin ýeterlik zolakly we deňeşdirilen spektrli giň spektrli ýagtylyk çeşmesi zerurdyr. iň ýokary aýratynlyklary. Hususan-da, akusto-optiki effekti ulanmak arkaly gurlan akustiki süýümli örtük (AIFG), elektrik sazlamak arkaly 1000 nm çenli rezonans tolkun uzynlygynyň sazlaýyş diapazonyna ýetip biler. Şonuň üçin şeýle ultra giň sazlaýyş diapazony bilen dinamiki örtük synagy giň spektrli ýagtylyk çeşmesiniň zolak giňligine uly kynçylyk döredýär. Şonuň ýaly-da, soňky ýyllarda egrilen Bragg süýümli örtük süýümi duýmak pudagynda giňden ulanyldy. Köp derejeli ýitgi spektr aýratynlyklary sebäpli tolkun uzynlygynyň paýlanyş diapazony adatça 40 nm-e ýetip biler. Duýgurmak mehanizmi, adatça, köp sanly geçiriş pikleriniň arasynda otnositel hereketi deňeşdirmekden ybaratdyr, şonuň üçin onuň geçiş spektrini doly ölçemeli. Giň spektrli ýagtylyk çeşmesiniň zolagy we güýji has ýokary bolmaly.
2. Içerde we daşary ýurtlarda gözleg ýagdaýy
2.1 Dar çyzykly lazer ýagtylyk çeşmesi
2.1.1 Dar çyzykly ýarymgeçiriji seslenme lazerini paýlady
2006-njy ýylda Kliçe we başgalar. ýarymgeçirijiniň MGs şkalasyny peseltdiDFB lazer(paýlanan seslenme lazeri) elektrik seslenme usuly bilen kHz şkalasyna; 2011-nji ýylda Kessler we başgalar. 40 MGs ultra dar dar çyzykly lazer çykaryşyny almak üçin pes ses we ýokary durnukly ýeke kristal boşlugy işjeň seslenme gözegçiligi bilen bilelikde ulanyldy; 2013-nji ýylda “Peng et al” daşarky Fabry-Perot (FP) seslenişini sazlamak usuly bilen 15 kHz çyzykly ýarymgeçiriji lazer çykaryşyny aldy. Elektrik seslenme usuly, esasan, ýagtylyk çeşmesiniň lazer çyzygynyň peselmegi üçin “Pond-Drever-Hall” ýygylygyny durnuklaşdyryş seslenmesini ulandy. 2010-njy ýylda Bernhardi we başgalar. Çyzyk giňligi takmynan 1,7 kHz bolan lazer çykaryşyny almak üçin kremniniň oksid substratynda 1 sm erbium-doply alumina FBG öndürdi. Şol ýylda Liang we başg. 1-nji suratda görkezilişi ýaly ýarymgeçiriji lazer çyzygynyň giňligini gysmak üçin ýokary Q eho diwar rezonatory tarapyndan emele gelen yza çekilen Reýliň öz-özüne sanjym seslenmesini ulandy we ahyrynda 160 Hz dar çyzykly lazer çykaryşyny aldy.
1-nji surat.
(b) 8 MGs çyzykly erkin işleýän ýarymgeçiriji lazeriň ýygylyk spektri;
(c) 160 Hz çenli gysylan çyzykly lazeriň ýygylyk spektri
2.1.2 Dar çyzykly süýümli lazer
Çyzykly boşluk süýümli lazerler üçin rezonatoryň uzynlygyny gysgaltmak we uzynlyk re modeiminiň aralygyny ýokarlandyrmak arkaly ýeke uzynlyk re modeiminiň dar çyzykly lazer çykyşy alynýar. 2004-nji ýylda Spigelberg we başgalar. DBR gysga boşluk usuly bilen 2 kHz çyzykly bir uzynlyk re modeimi dar çyzykly lazer çykyşyny aldy. 2007-nji ýylda Şen we başg. Bi-Ge birleşdirilen fotosensiw süýümde FBG ýazmak üçin 2 sm agyr erbium doply kremniy süýümini ulandy we lazer çykaryş çyzygynyň inini 1 kHz-dan pes edip, ykjam çyzykly boşlugy emele getirmek üçin işjeň süýüm bilen birleşdirdi. 2010-njy ýylda Yangaň we başg. 2 kHz-dan az çyzykly bir uzynlyk re modeimli lazer çykaryşyny almak üçin dar zolakly FBG süzgüji bilen birleşdirilen 2 sm ýokary doply gysga çyzykly boşlugy ulandy. 2014-nji ýylda topar 3-nji suratda görkezilişi ýaly has dar çyzykly lazer çykarmak üçin FBG-FP süzgüji bilen birleşdirilen gysga çyzykly boşlugy (wirtual eplenen halka rezonatory) ulandy. 2012-nji ýylda Cai we başg. 114 mWt-dan uly, merkezi tolkun uzynlygy 1540.3 nm we çyzygyň ini 4.1 kHz bolan polýarizasiýa lazer çykyşyny almak üçin 1,4 sm gysga boşluk gurluşyny ulandy. 2013-nji ýylda Meng we başg. bir uzynlyk re modeimini, 10 mW kuwwatlylygy pes fazaly ses lazerini almak üçin doly taraply goraýjy enjamyň gysga halka boşlugy bilen erbium doply süýümi Brillouin dargatdy. 2015-nji ýylda topar pes çäkli we dar çyzykly lazer çykyşyny almak üçin Brillouin dargamak serişdesi hökmünde 45 sm erbiumly süýümden ybarat halka boşlugyny ulandy.
2-nji surat (a) SLC süýümli lazeriň çyzgysy;
(b) 97,6 km süýümiň gijä galmagy bilen ölçelýän heterodin signalynyň çyzgysy
Iş wagty: Noýabr-20-2023