Laserbrontechnologie voor optische vezelsensoren, deel twee
2.2 Enkelvoudige golflengtescanlaserbron
Het realiseren van een laser met een enkele golflengte is in essentie bedoeld om de fysieke eigenschappen van het apparaat te controleren.lasercaviteit (meestal de centrale golflengte van de werkingsbandbreedte), om zo de controle en selectie van de oscillerende longitudinale modus in de caviteit te bereiken en zo de uitgangsgolflengte af te stemmen. Op basis van dit principe werd de realisatie van afstemmbare vezellasers al in de jaren 80 voornamelijk bereikt door een reflecterend eindvlak van de laser te vervangen door een reflecterend diffractierooster en de lasercaviteitsmodus te selecteren door het diffractierooster handmatig te roteren en af te stemmen. In 2011 gebruikten Zhu et al. afstemmbare filters om een afstemmbare laseruitgang met één golflengte en een smalle lijnbreedte te realiseren. In 2016 werd het Rayleigh-lijnbreedtecompressiemechanisme toegepast op compressie met twee golflengten, dat wil zeggen dat spanning werd uitgeoefend op een FBG om laserafstemming met twee golflengten te bereiken, terwijl tegelijkertijd de lijnbreedte van de uitgangslaser werd gemeten, waardoor een golflengteafstemmingsbereik van 3 nm werd verkregen. Stabiele uitgang met twee golflengten en een lijnbreedte van ongeveer 700 Hz. In 2017 publiceerden Zhu et al. Er werd gebruikgemaakt van grafeen en een micro-nanovezel Bragg-rooster om een volledig optisch afstembaar filter te maken. In combinatie met Brillouin-laservernauwingstechnologie werd het fotothermische effect van grafeen nabij 1550 nm benut om een laserlijnbreedte van slechts 750 Hz te bereiken en een fotogestuurde, snelle en nauwkeurige scan van 700 MHz/ms in het golflengtebereik van 3,67 nm. Dit is weergegeven in Figuur 5. De bovenstaande golflengtecontrolemethode realiseert in principe de selectie van de lasermodus door de middengolflengte van de doorlaatband van het apparaat in de laserholte direct of indirect te wijzigen.
Figuur 5 (a) Experimentele opstelling van de optisch regelbare golflengte-afstembare vezellaseren het meetsysteem;
(b) Uitgangsspectra bij uitgang 2 met de verbetering van de regelpomp
2.3 Witte laserlichtbron
De ontwikkeling van witte lichtbronnen heeft verschillende stadia doorlopen, zoals de halogeenwolfraamlamp en de deuteriumlamp.halfgeleiderlaseren een supercontinuüm-lichtbron. In het bijzonder produceert de supercontinuüm-lichtbron, onder excitatie met femtoseconde- of picoseconde-pulsen met supertransiënte energie, niet-lineaire effecten van verschillende orden in de golfgeleider, waardoor het spectrum sterk wordt verbreed. Dit spectrum kan de band van zichtbaar licht tot nabij-infrarood bestrijken en heeft een sterke coherentie. Bovendien kan het spectrum, door de dispersie en niet-lineariteit van de speciale vezel aan te passen, zelfs worden uitgebreid tot het midden-infraroodgebied. Dit type laserbron wordt veelvuldig toegepast in diverse gebieden, zoals optische coherentietomografie, gasdetectie, biologische beeldvorming, enzovoort. Vanwege de beperkingen van de lichtbron en het niet-lineaire medium werd het vroege supercontinuümspectrum voornamelijk geproduceerd door optisch glas te pompen met een solid-state laser om een supercontinuümspectrum in het zichtbare bereik te genereren. Sindsdien is de optische vezel geleidelijk aan een uitstekend medium geworden voor het genereren van breedbandig supercontinuüm vanwege de grote niet-lineaire coëfficiënt en het kleine transmissiemodusveld. De belangrijkste niet-lineaire effecten zijn onder andere viergolfmenging, modulatie-instabiliteit, zelf-fasemodulatie, kruis-fasemodulatie, solitonsplitsing, Ramanverstrooiing en soliton-zelf-frequentieverschuiving. De verhouding van elk effect verschilt ook afhankelijk van de pulsbreedte van de excitatiepuls en de dispersie van de vezel. Over het algemeen is de ontwikkeling van supercontinuümlichtbronnen tegenwoordig vooral gericht op het verhogen van het laservermogen en het verbreden van het spectrale bereik, waarbij aandacht wordt besteed aan de coherentiecontrole.
3 Samenvatting
Dit artikel vat de laserbronnen samen die worden gebruikt ter ondersteuning van glasvezelsensortechnologie, waaronder lasers met een smalle lijnbreedte, afstembaar lasers met één frequentie en breedbandige witte lasers. De toepassingsvereisten en de ontwikkelingsstatus van deze lasers op het gebied van glasvezelsensoren worden gedetailleerd beschreven. Door hun vereisten en ontwikkelingsstatus te analyseren, wordt geconcludeerd dat de ideale laserbron voor glasvezelsensoren een ultrasmalle en ultrastabiele laseroutput moet kunnen leveren in elke band en op elk moment. Daarom beginnen we met lasers met een smalle lijnbreedte, afstembaar lasers met een smalle lijnbreedte en witte lasers met een brede versterkingsbandbreedte, en onderzoeken we een effectieve manier om de ideale laserbron voor glasvezelsensoren te realiseren door hun ontwikkeling te analyseren.
Geplaatst op: 21 november 2023