Применение одночастотного полупроводникового лазера для точного измерения интерференции световых волн.

ПрименениеПолупроводниковый лазер с одной частотойв точном измерении интерференции световых волн
Применение одночастотного подходаполупроводниковый лазерВ статье рассматриваются вопросы, касающиеся таких областей точных измерений, как волоконно-оптические гидрофоны и наземные интерферометры, а также подробно анализируется ключевое влияние характеристик лазера на производительность интерферометрических систем.

Основная структура и принцип работы системы: Волоконно-оптическая гидрофонная система в основном состоит из чувствительной головки и интерферометра (в качестве примера рассмотрим интерферометр Маха-Цендера). Основной принцип заключается в том, что звуковой сигнал (звуковое давление Δp) воздействует на чувствительную головку, вызывая изменения длины и показателя преломления чувствительного волокна, обернутого вокруг полого цилиндра, тем самым внося изменения в оптический путь. Это небольшое изменение оптического пути (т.е. изменение фазы) с высокой чувствительностью регистрируется интерферометром.

1. Датчик: Его основная функция заключается в преобразовании звуковых колебаний в изменения оптического пути интерферометра. Коэффициент чувствительности s зависит от таких факторов, как длина волокна L, и более длинные чувствительные волокна способствуют повышению чувствительности системы.
2. Интерферометр: это «лучшее оружие» для обнаружения малых изменений фазы. Интенсивность выходного света имеет косинусоидальную зависимость от разности фаз. Стабилизируя статическое фазовое смещение φ₀ в ортогональной рабочей точке ((m+1/2)π), система может достичь максимальной чувствительности обнаружения.
3. Ключевые параметры источника света, влияющие на производительность системы: В статье основное внимание уделяется анализу ограничений производительности лазера при достижении высокого фазового разрешения (с целевым значением ≤ 1 мкрад).
4. ЛазерЧастотный шум и ширина линии: Частотный шум лазера может вызывать фазовый шум интерференции, тем самым снижая видимость интерференционных полос. Для интерферометра с разностью оптических путей около 1 метра, чтобы достичь фазового разрешения 1 мкрад, ширина линии лазера должна быть менее 30 Гц. Это очень высокое требование к частотной стабильности.источник света.
5. Шум интенсивности лазера: относительный шум интенсивности (RIN) лазера напрямую преобразуется в фазовую ошибку интерференционного сигнала. Для достижения фазового разрешения 1 мкрад при типичной мощности детектируемого света (~100 мкВт) необходимо снизить RIN лазера до уровня ниже -120 дБ. Это очень высокое требование к стабильности интенсивности источника света.

В заключение, на основе анализа волоконно-оптической гидрофонной системы подробно изложены строгие требования к основному источнику света – одночастотному полупроводниковому лазеру – в отношении чрезвычайно узкой ширины линии (высокочастотной стабильности) и чрезвычайно низкого уровня шума интенсивности при прецизионных измерениях на основе принципа интерференции, а также представлены проблемы стабилизации частоты лазера, возникающие в крупномасштабных системных приложениях.