آپٽيڪل فائبر سينسنگ لاءِ ليزر سورس ٽيڪنالاجي حصو پهريون

ليزر سورس ٽيڪنالاجي لاءِآپٽيڪل فائبرسينسنگ 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 چڪي آهي. آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم بنيادي طور تي ليزر، ٽرانسميشن فائبر، سينسنگ عنصر يا ماڊوليشن ايريا، روشني جي ڳولا ۽ ٻين حصن تي مشتمل آهي. روشني جي لهر جي خاصيتن کي بيان ڪندڙ پيرا ميٽرز ۾ شدت، طول موج، مرحلو، پولرائيزيشن اسٽيٽ وغيره شامل آهن. اهي پيرا ميٽرز آپٽيڪل فائبر ٽرانسميشن ۾ ٻاهرين اثرن جي ڪري تبديل ٿي سگهن ٿا. مثال طور، جڏهن گرمي پد، دٻاءُ، دٻاءُ، ڪرنٽ، بي گھرڻ، وائبريشن، گردش، موڙ ۽ ڪيميائي مقدار آپٽيڪل رستي کي متاثر ڪري ٿي، ته اهي پيرا ميٽرز ساڳئي طرح تبديل ٿين ٿا. آپٽيڪل فائبر سينسنگ انهن پيرا ميٽرز ۽ ٻاهرين عنصرن جي وچ ۾ تعلق تي ٻڌل آهي ته جيئن لاڳاپيل جسماني مقدارن کي ڳولي سگهجي.

ڪيترائي قسم آهنليزر ذريعوآپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم ۾ استعمال ٿيندو آهي، جنهن کي ٻن ڀاڱن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: مربوطليزر ذريعا۽ غير مربوط روشني جا ذريعا، غير مربوطروشني جا ذريعاخاص طور تي تاپديپت روشني ۽ روشني خارج ڪندڙ ڊاءِوڊ شامل آهن، ۽ مربوط روشني ذريعن ۾ مضبوط ليزر، مائع ليزر، گئس ليزر، شامل آهن.سيمي ڪنڊڪٽر ليزر۽فائبر ليزرهيٺ ڏنل بنيادي طور تي لاءِ آهيليزر روشني جو ذريعوتازن سالن ۾ فائبر سينسنگ جي ميدان ۾ وڏي پيماني تي استعمال ٿيل: تنگ لڪير جي ويڪر سنگل فريڪوئنسي ليزر، سنگل ويولنٿ سويپ فريڪوئنسي ليزر ۽ اڇو ليزر.

1.1 تنگ لائين ويڊٿ لاءِ گهرجونليزر روشني جا ذريعا

آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم کي ليزر سورس کان الڳ نٿو ڪري سگهجي، ڇاڪاڻ ته ماپيل سگنل ڪيريئر لائيٽ ويج، ليزر لائيٽ سورس پاڻ ڪارڪردگي، جهڙوڪ پاور استحڪام، ليزر لائن ويڊٿ، فيز شور ۽ آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم تي ٻيا پيرا ميٽرز ڳولڻ جي فاصلي، ڳولڻ جي درستگي، حساسيت ۽ شور جون خاصيتون فيصلو ڪندڙ ڪردار ادا ڪن ٿيون. تازن سالن ۾، ڊگهي فاصلي جي الٽرا هاءِ ريزوليوشن آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم جي ترقي سان، اڪيڊميا ۽ صنعت ليزر مينيچرائيزيشن جي لائن ويڊٿ ڪارڪردگي لاءِ وڌيڪ سخت گهرجون پيش ڪيون آهن، خاص طور تي: آپٽيڪل فريڪوئنسي ڊومين ريفلڪشن (OFDR) ٽيڪنالاجي فريڪوئنسي ڊومين ۾ آپٽيڪل فائبر جي پٺئين لڪير ٿيل سگنلن جو تجزيو ڪرڻ لاءِ مربوط ڳولڻ واري ٽيڪنالاجي استعمال ڪري ٿي، وسيع ڪوريج (هزارين ميٽر) سان. اعليٰ ريزوليوشن (ملي ميٽر-سطح جي ريزوليوشن) ۽ اعليٰ حساسيت (-100 dBm تائين) جا فائدا ورهايل آپٽيڪل فائبر ماپ ۽ سينسنگ ٽيڪنالاجي ۾ وسيع ايپليڪيشن امڪانن سان ٽيڪنالاجي مان هڪ بڻجي ويا آهن. OFDR ٽيڪنالاجي جو بنيادي مقصد آپٽيڪل فريڪوئنسي ٽيوننگ حاصل ڪرڻ لاءِ ٽيونبل لائٽ سورس استعمال ڪرڻ آهي، تنهن ڪري ليزر سورس جي ڪارڪردگي اهم عنصرن جهڙوڪ OFDR ڳولڻ جي حد، حساسيت ۽ ريزوليوشن کي طئي ڪري ٿي. جڏهن عڪاسي واري نقطي جو فاصلو هم آهنگي جي ڊيگهه جي ويجهو هوندو آهي، ته بيٽ سگنل جي شدت τ/τc جي کوٽائي سان تيزيءَ سان گهٽجي ويندي. هڪ گاسي روشني جي ذريعن لاءِ هڪ اسپيڪٽرل شڪل سان، انهي کي يقيني بڻائڻ لاءِ ته بيٽ فريڪوئنسي 90٪ کان وڌيڪ نظر اچي ٿي، روشني جي ذريعن جي لائن ويڪر ۽ سسٽم حاصل ڪري سگهي ٿو وڌ ۾ وڌ سينسنگ ڊيگهه جي وچ ۾ تعلق Lmax~0.04vg/f آهي، جنهن جو مطلب آهي ته 80 ڪلوميٽر جي ڊيگهه واري فائبر لاءِ، روشني جي ذريعن جي لائن ويڪر 100 Hz کان گهٽ آهي. ان کان علاوه، ٻين ايپليڪيشنن جي ترقي پڻ روشني جي ذريعن جي لائن ويڊٿ لاءِ اعليٰ گهرجن کي اڳيان رکي ٿي. مثال طور، آپٽيڪل فائبر هائيڊروفون سسٽم ۾، روشني جي ذريعن جي لائن ويڊٿ سسٽم جي شور کي طئي ڪري ٿي ۽ سسٽم جي گهٽ ۾ گهٽ ماپي سگهڻ واري سگنل کي پڻ طئي ڪري ٿي. برلوئن آپٽيڪل ٽائيم ڊومين ريفلڪٽر (BOTDR) ۾، گرمي پد ۽ دٻاءُ جي ماپ جو حل بنيادي طور تي روشني جي ذريعن جي لائن ويڊٿ ذريعي طئي ڪيو ويندو آهي. هڪ گونج ڪندڙ فائبر آپٽڪ گائرو ۾، روشني جي لهر جي هم آهنگي جي ڊيگهه کي روشني جي ذريعن جي لڪير جي ويڪر کي گهٽائڻ سان وڌائي سگهجي ٿو، ان ڪري گونج ڪندڙ جي نفاست ۽ گونج جي کوٽائي کي بهتر بڻائي، گونج ڪندڙ جي لڪير جي ويڪر کي گهٽائي، ۽ فائبر آپٽڪ گائرو جي ماپ جي درستگي کي يقيني بڻائي سگهجي ٿو.

1.2 سوئيپ ليزر ذريعن لاءِ گهرجون

سنگل ويولينٿ سوئيپ ليزر ۾ لچڪدار ويولينٿ ٽيوننگ ڪارڪردگي آهي، ڪيترن ئي آئوٽ پُٽ فڪسڊ ويولينٿ ليزر کي تبديل ڪري سگهي ٿي، سسٽم جي تعمير جي قيمت کي گهٽائي ٿي، آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم جو هڪ لازمي حصو آهي. مثال طور، ٽريس گيس فائبر سينسنگ ۾، مختلف قسمن جي گيسن ۾ مختلف گيس جذب ڪرڻ جي چوٽي هوندي آهي. جڏهن ماپ گيس ڪافي هجي ته روشني جذب ڪرڻ جي ڪارڪردگي کي يقيني بڻائڻ ۽ اعلي ماپ حساسيت حاصل ڪرڻ لاءِ، ٽرانسميشن لائيٽ سورس جي ويولينٿ کي گيس ماليڪيول جي جذب ڪرڻ جي چوٽي سان ترتيب ڏيڻ ضروري آهي. گئس جو قسم جيڪو ڳولي سگهجي ٿو اهو بنيادي طور تي سينسنگ لائيٽ سورس جي ويولينٿ ذريعي طئي ڪيو ويندو آهي. تنهن ڪري، مستحڪم براڊبينڊ ٽيوننگ ڪارڪردگي سان تنگ لائن ويڊٿ ليزر ۾ اهڙن سينسنگ سسٽم ۾ وڌيڪ ماپ لچڪ هوندي آهي. مثال طور، ڪجهه ورهايل آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم ۾ آپٽيڪل فريڪوئنسي ڊومين ريفلڪشن تي ٻڌل، ليزر کي تيزيءَ سان وقتي طور تي سوئيپ ڪرڻ جي ضرورت آهي ته جيئن آپٽيڪل سگنلن جي اعليٰ درستگي واري مربوط ڳولا ۽ ڊيموڊوليشن حاصل ڪري سگهجي، تنهن ڪري ليزر سورس جي ماڊليشن جي شرح نسبتا وڌيڪ گهرجون آهن، ۽ ايڊجسٽبل ليزر جي ويولينٿ اسپيڊ عام طور تي 10 pm/μs تائين پهچڻ جي ضرورت آهي. ان کان علاوه، طول موج جي ٽيوينبل تنگ لائن ويڊٿ ليزر کي liDAR، ليزر ريموٽ سينسنگ ۽ هاءِ ريزوليوشن اسپيڪٽرل تجزيو ۽ ٻين سينسنگ شعبن ۾ پڻ وڏي پيماني تي استعمال ڪري سگهجي ٿو. فائبر سينسنگ جي ميدان ۾ سنگل-ويولٿ ليزر جي ٽيوننگ بينڊوڊٿ، ٽيوننگ جي درستگي ۽ ٽيوننگ جي رفتار جي اعليٰ ڪارڪردگي جي پيرا ميٽرز جي گهرجن کي پورو ڪرڻ لاءِ، تازن سالن ۾ ٽيونبل تنگ-ويڊٿ فائبر ليزر جي مطالعي جو مجموعي مقصد الٽرا-نارو ليزر لائن ويڊٿ، الٽرا-لو فيز شور، ۽ الٽرا-اسٽيبل آئوٽ پُٽ فريڪوئنسي ۽ پاور جي پيروي ڪرڻ جي بنياد تي وڏي طول موج جي حد ۾ اعليٰ درستگي واري ٽيوننگ حاصل ڪرڻ آهي.

1.3 اڇي ليزر لائيٽ جي ذريعن جي طلب

آپٽيڪل سينسنگ جي ميدان ۾، سسٽم جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ اعليٰ معيار جي اڇي روشني ليزر جي وڏي اهميت آهي. اڇي روشني ليزر جي اسپيڪٽرم ڪوريج جيتري وسيع هوندي، اوترو ئي آپٽيڪل فائبر سينسنگ سسٽم ۾ ان جو استعمال وڌيڪ وسيع هوندو. مثال طور، جڏهن سينسر نيٽ ورڪ ٺاهڻ لاءِ فائبر برگ گريٽنگ (FBG) استعمال ڪندي، اسپيڪٽرل تجزيو يا ٽيونبل فلٽر ميچنگ جو طريقو ڊيموڊوليشن لاءِ استعمال ڪري سگهجي ٿو. اڳوڻي نيٽ ورڪ ۾ هر FBG گونج واري طول موج کي سڌو سنئون جانچڻ لاءِ اسپيڪٽروميٽر استعمال ڪيو. بعد ۾ سينسنگ ۾ FBG کي ٽريڪ ڪرڻ ۽ ڪيليبريٽ ڪرڻ لاءِ هڪ ريفرنس فلٽر استعمال ڪندو آهي، ٻنهي کي FBG لاءِ ٽيسٽ لائيٽ سورس جي طور تي براڊبينڊ لائيٽ سورس جي ضرورت هوندي آهي. ڇاڪاڻ ته هر FBG رسائي نيٽ ورڪ کي هڪ خاص داخل ڪرڻ جو نقصان هوندو، ۽ ان جي بينڊوڊٿ 0.1 nm کان وڌيڪ هوندي آهي، ڪيترن ئي FBG جي هڪ ئي وقت ڊيموڊوليشن لاءِ هڪ براڊبينڊ لائيٽ سورس جي ضرورت هوندي آهي جنهن ۾ اعليٰ طاقت ۽ اعليٰ بينڊوڊٿ هوندي آهي. مثال طور، جڏهن سينسنگ لاءِ ڊگھي عرصي واري فائبر گريٽنگ (LPFG) استعمال ڪئي ويندي آهي، ڇاڪاڻ ته هڪ سنگل نقصان جي چوٽي جي بينڊوڊٿ 10 nm جي ترتيب ۾ هوندي آهي، ان جي گونج جي چوٽي جي خاصيتن کي صحيح طور تي بيان ڪرڻ لاءِ ڪافي بينڊوڊٿ ۽ نسبتاً فليٽ اسپيڪٽرم سان هڪ وسيع اسپيڪٽرم روشني جو ذريعو گهربل هوندو آهي. خاص طور تي، ايڪوسٽو-آپٽيڪل اثر کي استعمال ڪندي ٺهيل صوتي فائبر گريٽنگ (AIFG) برقي ٽيوننگ ذريعي 1000 nm تائين گونج جي طول موج جي ٽيوننگ رينج حاصل ڪري سگهي ٿي. تنهن ڪري، اهڙي الٽرا وائڊ ٽيوننگ رينج سان متحرڪ گريٽنگ ٽيسٽنگ هڪ وسيع اسپيڪٽرم روشني جي ذريعن جي بينڊوڊٿ رينج لاءِ هڪ وڏو چئلينج پيش ڪري ٿي. ساڳئي طرح، تازن سالن ۾، فائبر سينسنگ جي ميدان ۾ ٽائلڊ براگ فائبر گريٽنگ پڻ وڏي پيماني تي استعمال ڪئي وئي آهي. ان جي گھڻ-چوٽي نقصان جي اسپيڪٽرم خاصيتن جي ڪري، طول موج جي ورڇ جي حد عام طور تي 40 nm تائين پهچي سگهي ٿي. ان جو سينسنگ ميڪانيزم عام طور تي ڪيترن ئي ٽرانسميشن چوٽين جي وچ ۾ لاڳاپا حرڪت جو مقابلو ڪرڻ آهي، تنهنڪري ان جي ٽرانسميشن اسپيڪٽرم کي مڪمل طور تي ماپڻ ضروري آهي. وسيع اسپيڪٽرم روشني جي ذريعن جي بينڊوڊٿ ۽ طاقت وڌيڪ هجڻ جي ضرورت آهي.

2. ملڪ ۽ پرڏيهه ۾ تحقيق جي حيثيت

2.1 تنگ لائين ويڊٿ ليزر لائيٽ جو ذريعو

2.1.1 تنگ لائين ويڊٿ سيمي ڪنڊڪٽر ورهايل فيڊ بيڪ ليزر

2006 ۾، ڪليش ۽ ٻين سيمي ڪنڊڪٽر جي MHz اسڪيل کي گهٽايو.ڊي ايف بي ليزر(تقسيم ٿيل فيڊ بيڪ ليزر) برقي فيڊ بيڪ طريقو استعمال ڪندي kHz پيماني تي؛ 2011 ۾، ڪيسلر ۽ ٻين گهٽ درجه حرارت ۽ اعلي استحڪام سنگل ڪرسٽل ڪيفي استعمال ڪيو فعال فيڊ بيڪ ڪنٽرول سان گڏ 40 MHz جي الٽرا تنگ لائن ويڊٿ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ؛ 2013 ۾، پينگ ۽ ٻين خارجي فيبري-پيروٽ (FP) فيڊ بيڪ ايڊجسٽمينٽ جي طريقي کي استعمال ڪندي 15 kHz جي لائن ويڊٿ سان هڪ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪيو. برقي فيڊ بيڪ طريقو بنيادي طور تي پونڊ-ڊريور-هال فريڪوئنسي اسٽيبلائيزيشن فيڊ بيڪ استعمال ڪيو ته جيئن روشني جي ذريعن جي ليزر لائن ويڊٿ کي گهٽايو وڃي. 2010 ۾، برن هارڊي ۽ ٻين سلڪون آڪسائيڊ سبسٽريٽ تي 1 سينٽي ميٽر ايربيم-ڊوپڊ ايلومينا FBG پيدا ڪيو ته جيئن تقريبن 1.7 kHz جي لائن ويڊٿ سان ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪري سگهجي. ساڳئي سال ۾، ليانگ ۽ ٻين. سيمي ڪنڊڪٽر ليزر لائن-ويڊٿ ڪمپريشن لاءِ هڪ هاءِ-ڪيو ​​ايڪو وال ريزونيٽر پاران ٺاهيل پٺتي پيل ريلي اسڪيٽرنگ جي خود-انجيڪشن فيڊ بيڪ استعمال ڪيو، جيئن شڪل 1 ۾ ڏيکاريل آهي، ۽ آخرڪار 160 هرٽز جو هڪ تنگ لائن-ويڊٿ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪيو.

شڪل 1 (الف) سيمي ڪنڊڪٽر ليزر لائن ويڊٿ ڪمپريشن جو ڊاگرام جيڪو ٻاهرين ويسپرنگ گيلري موڊ ريزونيٽر جي خود-انجيڪشن ريلي اسڪيٽرنگ تي ٻڌل آهي؛
(b) 8 MHz جي لائن ويڊٿ سان مفت هلندڙ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر جو فريڪوئنسي اسپيڪٽرم؛
(c) ليزر جو فريڪوئنسي اسپيڪٽرم جنهن جي لائين ويڊٿ 160 هرٽز تائين دٻايو ويو آهي
2.1.2 تنگ لائين ويڊٿ فائبر ليزر

لڪير ڳوڙها فائبر ليزر لاءِ، سنگل ڊگهي ڳوڙها موڊ جي تنگ لائين ويڊٿ ليزر آئوٽ پُٽ ريزونيٽر جي ڊيگهه کي ننڍو ڪرڻ ۽ ڊگهي ڳوڙها موڊ وقفو وڌائڻ سان حاصل ڪيو ويندو آهي. 2004 ۾، اسپيگلبرگ ۽ ٻين DBR مختصر ڳوڙها طريقو استعمال ڪندي 2 kHz جي لائن ويڊٿ سان هڪ سنگل ڊگهي ڳوڙها موڊ تنگ لائين ويڊٿ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪيو. 2007 ۾، شين ۽ ٻين هڪ Bi-Ge ڪو-ڊوپڊ فوٽوسينسيٽو فائبر تي FBG لکڻ لاءِ 2 سينٽي ميٽر وڏي پيماني تي erbium-doped سلڪون فائبر استعمال ڪيو، ۽ ان کي هڪ فعال فائبر سان ملائي هڪ ڪمپيڪٽ لڪير ڳوڙها ٺاهيو، جنهن جي ليزر آئوٽ پُٽ لائن ويڊٿ 1 kHz کان گهٽ ٿي وئي. 2010 ۾، يانگ ۽ ٻين هڪ 2 سينٽي ميٽر انتهائي ڊوپڊ ننڍو لڪير ڳوڙها استعمال ڪيو هڪ تنگ بينڊ FBG فلٽر سان ملائي هڪ سنگل ڊگهي ڳوڙها موڊ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ 2 kHz کان گهٽ جي لائن ويڊٿ سان. 2014 ۾، ٽيم هڪ مختصر لڪير گفا (ورچوئل فولڊ رنگ گونج) استعمال ڪيو جيڪو هڪ FBG-FP فلٽر سان گڏ هڪ تنگ لائن ويڪر سان ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو، جيئن شڪل 3 ۾ ڏيکاريل آهي. 2012 ۾، ڪائي ۽ ٻين 1.4 سينٽي ميٽر ننڍو گفا جي جوڙجڪ استعمال ڪئي ته جيئن 114 ميگاواٽ کان وڌيڪ آئوٽ پُٽ پاور، 1540.3 nm جي مرڪزي طول موج، ۽ 4.1 kHz جي لائن ويڪر سان پولرائيزنگ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪري سگهجي. 2013 ۾، مينگ ۽ ٻين 10 ميگاواٽ جي آئوٽ پُٽ پاور سان سنگل-لونگٽيوڊينل موڊ، لو-فيز شور ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ فل-بائيس پريزرويونگ ڊيوائس جي هڪ ننڍڙي رنگ گفا سان erbium-doped فائبر جي برلوئن اسڪيٽرنگ استعمال ڪئي. 2015 ۾، ٽيم 45 سينٽي ميٽر erbium-doped فائبر مان ٺهيل هڪ رنگ گفا استعمال ڪئي جيڪا برلوئن اسڪيٽرنگ گين ميڊيم جي طور تي گهٽ حد ۽ تنگ لائن ويڊٿ ليزر آئوٽ پُٽ حاصل ڪرڻ لاءِ استعمال ڪئي وئي.

شڪل 2 (الف) ايس ايل سي فائبر ليزر جي اسڪيميٽڪ ڊرائنگ؛
(b) هيٽروڊائن سگنل جي لڪير جي شڪل 97.6 ڪلوميٽر فائبر ڊيلي سان ماپيل