Toepassing van een halfgeleiderlaser met één frequentie voor nauwkeurige meting van lichtgolfinterferentie.

Toepassing vanEnkelfrequentie halfgeleiderlaserin Nauwkeurige meting van lichtgolfinterferentie
De toepassing van een enkele frequentiehalfgeleiderlaserDit artikel bespreekt precisiemetingen in vakgebieden zoals glasvezelhydrofoons en grondinterferometers, en analyseert diepgaand de cruciale invloed van laserprestaties op de prestaties van interferometersystemen.

Kernstructuur en werkingsprincipe van het systeem: Het glasvezelhydrofoonsysteem bestaat hoofdzakelijk uit een sensor en een interferometer (bijvoorbeeld een Mach-Zehnder-interferometer). Het basisprincipe is dat het geluidssignaal (geluidsdruk Δp) inwerkt op de sensor, waardoor de lengte en brekingsindex van de sensorvezel die om de holle cilinder is gewikkeld, veranderen. Dit introduceert veranderingen in het optische pad. Deze kleine verandering in het optische pad (oftewel faseverandering) wordt met hoge gevoeligheid gedetecteerd door een interferometer.

1. Sensorkop: De kernfunctie hiervan is het omzetten van geluidstrillingen in veranderingen in het optische pad van de interferometer. De gevoeligheidscoëfficiënt s is gerelateerd aan factoren zoals de vezellengte L, en langere sensorvezels zijn gunstig voor het verbeteren van de systeemgevoeligheid.
2. Interferometer: Dit is het "beste wapen" voor het detecteren van kleine faseveranderingen. De intensiteit van het uitgaande licht heeft een cosinusrelatie met het faseverschil. Door de statische fasebias φ ₀ te stabiliseren op het orthogonale werkingspunt ((m+1/2) π), kan het systeem de hoogste detectiegevoeligheid bereiken.
3. Belangrijke parameters van de lichtbron die de systeemprestaties beïnvloeden: Dit artikel richt zich op de analyse van de beperkingen van laserprestaties bij het bereiken van een hoge faseresolutie (met een streefwaarde van ≤ 1 μrad).
4. LaserFrequentieruis en lijnbreedte: De frequentieruis van de laser kan interferentiefaseruis veroorzaken, waardoor de zichtbaarheid van interferentiefranjes afneemt. Voor een interferometer met een optisch padverschil van ongeveer 1 meter moet de lijnbreedte van de laser minder dan ongeveer 30 Hz zijn om een ​​faseresolutie van 1 μrad te bereiken. Dit is een zeer hoge eis voor de frequentiestabiliteit van de interferometer.lichtbron.
5. Laserintensiteitsruis: De relatieve intensiteitsruis (RIN) van de laser wordt direct omgezet in een fasefout van het interferentiesignaal. Om een ​​faseresolutie van 1 μrad te bereiken bij een typisch detectievermogen (~100 μW), moet de RIN van de laser worden verlaagd tot onder -120 dB. Dit is een zeer hoge eis voor de stabiliteit van de lichtbronintensiteit.

Samenvattend worden, door analyse van het glasvezelhydrofoonsysteem, de strenge eisen aan de kernlichtbron – een halfgeleiderlaser met één frequentie – met betrekking tot een extreem smalle lijnbreedte (hoge frequentiestabiliteit) en extreem lage intensiteitsruis bij precisiemetingen op basis van het interferentieprincipe uiteengezet, en worden de uitdagingen op het gebied van laserfrequentiestabilisatie bij grootschalige systeemtoepassingen gepresenteerd.