ليزر ماخذ ٽيڪنالاجي آپٽيڪل فائبر سينسنگ پارٽ ون لاءِ

ليزر ذريعو ٽيڪنالاجي لاءآپٽيڪل فائبراحساس حصو پهريون

آپٽيڪل فائبر سينسنگ ٽيڪنالاجي هڪ قسم جي سينسنگ ٽيڪنالاجي آهي جيڪا آپٽيڪل فائبر ٽيڪنالاجي ۽ آپٽيڪل فائبر ڪميونيڪيشن ٽيڪنالاجي سان گڏ ترقي ڪئي وئي آهي، ۽ اها فوٽو اليڪٽرڪ ٽيڪنالاجي جي سڀ کان وڌيڪ فعال شاخن مان هڪ بڻجي وئي آهي. آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم بنيادي طور تي ليزر، ٽرانسميشن فائبر، سينسنگ عنصر يا ماڊل ايريا، روشني جي چڪاس ۽ ٻين حصن تي مشتمل آهي. روشنيءَ جي موج جي خاصيتن کي بيان ڪرڻ وارا پيرا ميٽرز شامل آهن شدت، موج جي ڊيگهه، مرحلو، پولرائيزيشن اسٽيٽ وغيره. اهي پيرا ميٽر آپٽيڪل فائبر ٽرانسميشن ۾ خارجي اثرن جي ڪري تبديل ٿي سگهن ٿا. مثال طور، جڏهن درجه حرارت، دٻاء، دٻاء، موجوده، بي گھرڻ، کمپن، گردش، موڙيندڙ ۽ ڪيميائي مقدار نظريي جي رستي تي اثر انداز ڪن ٿا، اهي پيرا ميٽر ساڳئي طرح تبديل ٿيندا آهن. آپٽيڪل فائبر سينسنگ انهن پيرا ميٽرز ۽ خارجي عنصرن جي وچ ۾ تعلق تي ٻڌل آهي انهي سان لاڳاپيل جسماني مقدار کي ڳولڻ لاء.

جا ڪيترائي قسم آھنليزر جو ذريعوآپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم ۾ استعمال ڪيو ويو، جنهن کي ٻن ڀاڱن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: مربوطليزر ذريعن۽ بي ترتيب روشني جا ذريعا، بي ترتيبنور ذريعنخاص طور تي تاپديپت روشني ۽ روشني پيدا ڪندڙ ڊيوڊ شامل آهن، ۽ مربوط روشني ذريعن ۾ شامل آهن مضبوط ليزر، مائع ليزر، گيس ليزر،semiconductor ليزر۽فائبر ليزر. ھيٺ ڏنل آھي بنيادي طور تيليزر جي روشني جو ذريعوتازو سالن ۾ فائبر سينسنگ جي ميدان ۾ وڏي پيماني تي استعمال ڪيو ويو آهي: تنگ لڪير جي چوٽي سنگل فریکوئنسي ليزر، سنگل ويولٿ sweep فريکوئنسي ليزر ۽ اڇو ليزر.

1.1 تنگ لائين ويڊٿ لاءِ گهرجونليزر لائيٽ ذريعن

آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم کي ليزر ماخذ کان الڳ نه ٿو ڪري سگھجي، جيئن ماپيل سگنل ڪيريئر لائٽ لائيٽ، ليزر لائيٽ جو سرچشمو خود ڪارڪردگي، جهڙوڪ پاور استحڪام، ليزر لائين وٿ، فيز شور ۽ ٻيا پيرا ميٽرز، نظرياتي فائبر سينسنگ سسٽم جي فاصلي تي پتو لڳائڻ درستگي، حساسيت ۽ شور خاصيتون هڪ فيصلي وارو ڪردار ادا ڪن ٿيون. تازن سالن ۾، ڊگھي فاصلي جي الٽرا-هاءِ ريزوليوشن آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم جي ترقي سان، اڪيڊميا ۽ صنعت ليزر مينيچرائيزيشن جي لائين وٿ ڪارڪردگي لاءِ وڌيڪ سخت ضرورتون پيش ڪيون آهن، خاص طور تي: آپٽيڪل فریکوئنسي ڊومين ريفليڪيشن (OFDR) ٽيڪنالاجي استعمال ڪري ٿي. معلوم ڪرڻ واري ٽيڪنالاجي فريڪوئنسي ڊومين ۾ آپٽيڪل فائبرز جي پٺڀرائي پکڙيل سگنلن جو تجزيو ڪرڻ لاءِ، وسيع ڪوريج (هزارين ميٽرن) سان. اعليٰ ريزوليوشن (ملي ميٽر-سطح جي ريزوليوشن) ۽ اعليٰ حساسيت (-100 ڊي بي ايم تائين) جا فائدا ورهايل آپٽيڪل فائبر جي ماپ ۽ سينسنگ ٽيڪنالاجي ۾ وسيع ايپليڪيشن جي امڪانن سان گڏ هڪ ٽيڪنالاجي بڻجي ويا آهن. OFDR ٽيڪنالاجي جو بنيادي مقصد آپٽيڪل فریکوئنسي ٽيوننگ حاصل ڪرڻ لاءِ ٽيونبل لائٽ ماخذ استعمال ڪرڻ آهي، تنهنڪري ليزر ماخذ جي ڪارڪردگي اهم عنصرن کي طئي ڪري ٿي جهڙوڪ OFDR ڳولڻ جي حد، حساسيت ۽ قرارداد. جڏهن موٽڻ واري نقطي جو مفاصلو هم آهنگ جي ڊيگهه جي ويجهو هوندو آهي، ته بيٽ سگنل جي شدت τ/τc ذريعي تيزيءَ سان گهٽجي ويندي. گيسي لائيٽ ماخذ لاءِ هڪ اسپيڪٽرل شڪل سان، انهي ڳالهه کي يقيني بڻائڻ لاءِ ته بيٽ فريڪوئنسي 90 سيڪڙو کان وڌيڪ ويسيليٽي آهي، روشني جي ماخذ جي ليڪ جي چوٽي ۽ وڌ کان وڌ سينسنگ ڊگھائي جي وچ ۾ لاڳاپو جيڪو سسٽم حاصل ڪري سگهي ٿو اهو آهي Lmax~0.04vg /f، جنهن جو مطلب آهي ته 80 ڪلوميٽر جي ڊيگهه سان فائبر لاء، روشني جي ذريعن جي ويڪر 100 Hz کان گهٽ آهي. ان کان سواء، ٻين ايپليڪيشنن جي ترقي پڻ روشني جي ذريعن جي لائين وٿ لاء اعلي گهرجن کي اڳتي وڌايو. مثال طور، آپٽيڪل فائبر هائيڊروفون سسٽم ۾، روشني جي ذريعن جي لائين وٿ سسٽم جي شور کي طئي ڪري ٿي ۽ سسٽم جي گھٽ ۾ گھٽ ماپبل سگنل پڻ طئي ڪري ٿي. Brillouin آپٽيڪل ٽائيم ڊومين ريفلڪٽر (BOTDR) ۾، درجه حرارت ۽ دٻاء جي ماپ جي قرارداد خاص طور تي روشني جي ماخذ جي لائين وٿ طرفان مقرر ڪئي وئي آهي. هڪ گونج ڪندڙ فائبر آپٽڪ گيرو ۾، روشنيءَ جي لهر جي همعصر لمبائي کي روشنيءَ جي ماخذ جي لڪير جي چوٽي کي گهٽائڻ سان وڌائي سگهجي ٿو، ان ڪري گونج ڪندڙ جي نفاست ۽ گونج جي کوٽائي کي بهتر بڻائي، گونج ڪندڙ جي لڪير جي چوٽي کي گهٽائي، ۽ ماپ کي يقيني بڻائي سگهجي ٿو. فائبر آپٽڪ گيرو جي درستگي.

1.2 گهربل ليزر ذريعن کي صاف ڪرڻ لاء

سنگل ويج لينگٿ سوائپ ليزر ۾ لچڪدار واول لِٿ ٽيوننگ ڪارڪردگي آهي، ڪيترن ئي آئوٽ پُٽ فڪسڊ ويج ليزر کي تبديل ڪري سگهي ٿي، سسٽم جي اڏاوت جي قيمت گھٽائي ٿي، آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم جو هڪ لازمي حصو آهي. مثال طور، ٽريس گيس فائبر سينسنگ ۾، مختلف قسم جا گيس مختلف گئس جذب ڪرڻ جون چوٽيون آهن. روشني جذب جي ڪارڪردگي کي يقيني بڻائڻ لاء جڏهن ماپ گيس ڪافي آهي ۽ اعلي ماپ جي حساسيت حاصل ڪري ٿي، اهو ضروري آهي ته ٽرانسميشن لائٽ ماخذ جي موج جي ڊيگهه کي گيس انو جي جذب جي چوٽي سان ترتيب ڏيو. گئس جو قسم جيڪو معلوم ڪري سگهجي ٿو اهو لازمي طور تي سينسنگ لائٽ ماخذ جي موج جي طول و عرض سان طئي ڪيو ويندو آهي. تنهن ڪري، مستحڪم براڊ بينڊ ٽيوننگ ڪارڪردگي سان تنگ لائين ويڊٿ ليزرز اهڙي سينسنگ سسٽم ۾ اعلي ماپ لچڪدار آهن. مثال طور، ڪجهه ورهايل آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم ۾ آپٽيڪل فریکوئنسي ڊومين ريفريڪشن جي بنياد تي، ليزر کي وقتي طور تي تيزيءَ سان سوپ ڪرڻ جي ضرورت آهي ته جيئن اعليٰ درستي سان هم آهنگ ڳولڻ ۽ آپٽيڪل سگنلز جي ڊيموڊوليشن حاصل ڪرڻ لاءِ، تنهن ڪري ليزر جي ماڊيوليشن جي شرح نسبتاً گهڻيون گهرجون آهن. ، ۽ ترتيب ڏيڻ واري ليزر جي صاف رفتار عام طور تي 10 پي ايم / μs تائين پهچڻ جي ضرورت آهي. ان کان علاوه، موج جي ٽينبل تنگ لائين ويڊٿ ليزر پڻ وڏي پيماني تي استعمال ڪري سگھجن ٿيون liDAR، ليزر ريموٽ سينسنگ ۽ اعلي ريزوليوشن اسپيڪٽرل تجزيو ۽ ٻين سينسنگ شعبن ۾. ٽيوننگ بينڊوڊٿ جي اعليٰ ڪارڪردگي جي معيارن جي ضرورتن کي پورو ڪرڻ لاءِ، فائبر سينسنگ جي ميدان ۾ سنگل ويولٿ ليزرز جي ٽيوننگ جي درستگي ۽ ٽيوننگ اسپيڊ، تازن سالن ۾ ٽينبل تنگ-چوٿائي فائبر ليزرز جي مطالعي جو مجموعي مقصد اعلي سطحي حاصل ڪرڻ آھي. الٽرا تنگ ليزر لائين وٿ، الٽرا لو فيز شور، ۽ الٽرا اسٽيبل آئوٽ پُٽ فريڪوئنسي ۽ پاور جي تعاقب جي بنياد تي وڏي موج جي موج جي حد ۾ درست ترتيب.

1.3 سفيد ليزر لائيٽ جو ذريعو لاء مطالبو

آپٽيڪل سينسنگ جي شعبي ۾، اعلي معيار جي اڇي لائيٽ ليزر سسٽم جي ڪارڪردگي کي بهتر ڪرڻ لاء وڏي اهميت رکي ٿي. سفيد لائيٽ ليزر جي اسپيڪٽرم ڪوريج جيتري وسيع، اوترو ئي وسيع ان جي ايپليڪيشن آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم ۾. مثال طور، جڏهن فائبر براگ گريٽنگ (FBG) استعمال ڪندي هڪ سينسر نيٽ ورڪ ٺاهڻ لاءِ، اسپيڪٽرل تجزيو يا tunable فلٽر ملاپ جو طريقو demodulation لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿو. اڳوڻي نيٽ ورڪ ۾ هر FBG گونج واري موج جي سڌي طرح جانچ ڪرڻ لاءِ هڪ اسپيڪٽروميٽر استعمال ڪيو. بعد ۾ سينسنگ ۾ FBG کي ٽريڪ ڪرڻ ۽ ان کي ترتيب ڏيڻ لاءِ ريفرنس فلٽر استعمال ڪري ٿو، جن ٻنهي کي FBG لاءِ ٽيسٽ لائٽ ماخذ جي طور تي براڊ بينڊ لائٽ ماخذ جي ضرورت آهي. ڇاڪاڻ ته هر FBG جي رسائي نيٽ ورڪ کي هڪ خاص اندراج نقصان هوندو، ۽ 0.1 nm کان وڌيڪ جي بينڊوڊٿ هوندي، ڪيترن ئي FBG جي هڪ ئي وقت ۾ ڊيموڊوليشن کي اعلي طاقت ۽ اعلي بينڊوڊٿ سان هڪ براڊ بينڊ لائٽ سورس جي ضرورت آهي. مثال طور، جڏهن سينسنگ لاءِ ڊگھي عرصي واري فائبر گريٽنگ (LPFG) کي استعمال ڪيو وڃي، ڇاڪاڻ ته هڪ نقصان جي چوٽي جي بينڊوڊٿ 10 nm جي ترتيب ۾ آهي، ان جي گونج کي درست ڪرڻ لاءِ ڪافي بينڊوڊٿ ۽ نسبتاً فليٽ اسپيڪٽرم سان هڪ وسيع اسپيڪٽرم لائٽ سورس جي ضرورت هوندي آهي. چوٽي جون خاصيتون. خاص طور تي، صوتي فائبر گريٽنگ (AIFG) صوتي آپٽيڪل اثر کي استعمال ڪندي ٺاهيل 1000 nm تائين گونج واري موج جي هڪ ٽيوننگ رينج حاصل ڪري سگهي ٿي اليڪٽريڪل ٽيوننگ ذريعي. تنهن ڪري، اهڙي الٽرا-وائڊ ٽيوننگ رينج سان متحرڪ گريٽنگ جاچ هڪ وسيع اسپيڪٽرم لائٽ ماخذ جي بينڊوڊٿ رينج لاءِ هڪ وڏو چئلينج آهي. اهڙي طرح، تازن سالن ۾، tilted Bragg فائبر grating به وڏي پيماني تي فائبر سينسنگ جي ميدان ۾ استعمال ڪيو ويو آهي. ان جي گھڻ-چوٽي نقصان جي اسپيڪٽرم خاصيتن جي ڪري، موج جي ورهائڻ جي حد عام طور تي 40 nm تائين پهچي سگھي ٿي. ان جي سينسنگ ميڪانيزم کي عام طور تي ڪيترن ئي ٽرانسميشن چوٽي جي وچ ۾ لاڳاپا حرڪت جو مقابلو ڪرڻ آهي، تنهنڪري ان جي ٽرانسميشن اسپيڪٽرم کي مڪمل طور تي ماپڻ ضروري آهي. وسيع اسپيڪٽرم لائٽ ماخذ جي بينڊوڊٿ ۽ طاقت کي وڌيڪ هجڻ جي ضرورت آهي.

2. گھر ۽ ٻاهران تحقيق جي حيثيت

2.1 تنگ لائين وٿ ليزر لائيٽ جو ذريعو

2.1.1 تنگ لائين ويڊٿ سيمي ڪنڊڪٽر ورهايل موٽ ليزر

2006 ۾، Cliche et al. سيمي ڪنڊڪٽر جي ميگاواٽ اسڪيل کي گھٽايوDFB ليزر(ورهايل موٽ ليزر) kHz پيماني تي برقي موٽ جو طريقو استعمال ڪندي؛ 2011 ۾، Kessler et al. استعمال ٿيل گھٽ درجه حرارت ۽ اعلي استحڪام واحد کرسٽل ڪيفيت کي فعال موٽڻ واري ڪنٽرول سان گڏ 40 MHz جي الٽرا تنگ لائين ويڊٿ ليزر آئوٽ حاصل ڪرڻ لاء؛ 2013 ۾، Peng et al 15 kHz جي لڪير ويڊٿ سان هڪ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪيو خارجي Fabry-Perot (FP) فيڊ بيڪ ايڊجسٽمينٽ جو طريقو استعمال ڪندي. برقي موٽ جو طريقو خاص طور تي استعمال ڪيو ويو Pond-Drever-Hall فريکوئنسي اسٽيبلائيزيشن فيڊبڪ انهي لاءِ ته روشني جي ذريعن جي ليزر لائين وٿ کي گھٽايو وڃي. 2010 ۾، Bernhardi et al. 1 سينٽي ميٽر erbium-doped alumina FBG هڪ سلڪون آڪسائيڊ سبسٽرٽ تي ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ اٽڪل 1.7 kHz جي لڪير جي چوٽي سان. ساڳئي سال ۾، Liang et al. استعمال ڪيو پٺاڻ Rayleigh اسڪيٽرنگ جو سيلف-انجيڪشن موٽڻ جو ٺهيل هڪ هاءِ-Q ايڪو وال ريزونيٽر پاران سيمي ڪنڊڪٽر ليزر لائن-چوٿائي ڪمپريشن لاءِ، جيئن تصوير 1 ۾ ڏيکاريل آهي، ۽ آخر ۾ 160 Hz جي هڪ تنگ لائين-چوٿائي ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪئي.

تصوير. 1 (a) سيمي ڪنڊڪٽر ليزر لائين وٿ ڪمپريشن جو ڊاگرام، سيلف انجيڪشن Rayleigh scattering of external whispering galery mode resonator جي بنياد تي؛
(b) فريڪوئنسي اسپيڪٽرم جي فريڪئنسي اسپيڪٽرم جو مفت هلندڙ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر 8 MHz جي لائين وٿ سان؛
(c) ليزر جي فريڪوئنسي اسپيڪٽرم سان 160 هز تائين دٻايل لائين وٿ
2.1.2 تنگ لائين وٿ فائبر ليزر

لڪير واري ڪيفيت فائبر ليزرن لاءِ، سنگل ڊگھائي موڊ جي تنگ لڪير ويڊٿ ليزر آئوٽ حاصل ڪئي ويندي آهي گونج ڪندڙ جي ڊيگهه کي ننڍو ڪندي ۽ ڊگھائي موڊ جي وقفي کي وڌائيندي. 2004 ۾، Spiegelberg et al. حاصل ڪيو هڪ واحد ڊگھائي موڊ تنگ لائين وٿ ليزر آئوٽ 2 kHz جي لڪير ويٿ سان DBR مختصر گفا طريقو استعمال ڪندي. 2007 ۾، Shen et al. FBG لکڻ لاءِ 2 سينٽي بھاري erbium-doped silicon fiber استعمال ڪيو، Bi-Ge co-doped photosensitive fiber تي FBG لکڻ لاءِ، ۽ ان کي فعال فائبر سان ملايو ويو ته جيئن ڪامپيڪٽ لينر ڪيفيت ٺھي، ان جي ليزر آئوٽ پٽ لائين جي چوٽي 1 kHz کان گھٽ بڻائي. 2010 ۾، Yang et al. استعمال ڪيو ويو هڪ 2 سينٽي اعليٰ ڊاپ ٿيل مختصر لڪير واري ڪيفيت سان گڏ هڪ تنگ بينڊ FBG فلٽر سان گڏ هڪ واحد ڊگھي موڊ ليزر آئوٽ حاصل ڪرڻ لاءِ 2 kHz کان گهٽ جي لڪير جي چوٽي سان. 2014 ۾، ٽيم استعمال ڪيو هڪ مختصر لڪير ڪيفيت (ورچوئل فولڊ رنگ ريسونيٽر) هڪ FBG-FP فلٽر سان گڏ هڪ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ هڪ تنگ لڪير جي چوٽي سان، جيئن تصوير 3 ۾ ڏيکاريل آهي. 2012 ۾، Cai et al. 114 ميگاواٽ کان وڌيڪ آئوٽ پُٽ پاور سان پولرائزنگ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ 1.4 سينٽي مختصر غار جو ڍانچو استعمال ڪيو ويو، 1540.3 nm جي مرڪزي ويڪرائيٿ، ۽ 4.1 kHz جي ليڪ جي چوٽي. 2013 ۾، Meng et al. استعمال ڪيو ويو Brillouin scattering of erbium-doped fiber جي هڪ مختصر رِنگ cavity سان هڪ مڪمل-bias preserving device جي هڪ واحد ڊگھائي موڊ حاصل ڪرڻ لاءِ، 10 ميگاواٽ جي آئوٽ پُور پاور سان گهٽ فيز شور ليزر آئوٽ پُٽ. 2015 ۾، ٽيم 45 سينٽي erbium-doped فائبر تي مشتمل هڪ انگوزي گفا استعمال ڪيو جيئن Brillouin اسڪرينگ حاصل ڪرڻ وارو وچولي گھٽ حد ۽ تنگ لائين وٿ ليزر جي پيداوار حاصل ڪرڻ لاء.

تصوير 2 (a) SLC فائبر ليزر جي اسڪيمي ڊرائنگ؛
(b) 97.6 ڪلوميٽر فائبر جي دير سان ماپيل heterodyne سگنل جي لڪير جي شڪل