Технология лазерного источника для оптоволоконного зондирования. Часть вторая
2.2 Одноволновая разверткалазерный источник
Реализация лазерной развертки с одной длиной волны по сути заключается в управлении физическими свойствами устройства влазеррезонатор (обычно центральная длина волны рабочей полосы пропускания), чтобы добиться управления и выбора осциллирующей продольной моды в резонаторе, чтобы достичь цели настройки выходной длины волны. Основываясь на этом принципе, еще в 1980-х годах реализация перестраиваемых волоконных лазеров была в основном достигнута путем замены отражающего торца лазера отражающей дифракционной решеткой и выбора моды лазерного резонатора путем ручного вращения и настройки дифракционной решетки. В 2011 году Чжу и др. использовали перестраиваемые фильтры для достижения одноволновой перестраиваемой выходной лазерной выходной мощности с узкой шириной линии. В 2016 году механизм сжатия ширины линии Рэлея был применен для двухволновой компрессии, то есть к ВБР прикладывалось напряжение для достижения двухволновой настройки лазера, и в то же время контролировалась ширина выходной линии лазера, что позволило получить диапазон настройки длины волны 3 нм. Стабильный выходной сигнал с двухволновой шириной линии приблизительно 700 Гц. В 2017 году Чжу и др. использовали графен и микро-нановолоконную решётку Брэгга для создания полностью оптического перестраиваемого фильтра, а в сочетании с технологией сужения лазера по Бриллюэну, используя фототермический эффект графена вблизи 1550 нм, добились ширины линии лазера всего 750 Гц и фотоуправляемого быстрого и точного сканирования со скоростью 700 МГц/мс в диапазоне длин волн 3,67 нм. Как показано на рисунке 5. Вышеуказанный метод управления длиной волны, по сути, реализует выбор лазерной моды путём прямого или косвенного изменения центральной длины волны полосы пропускания устройства в лазерном резонаторе.
Рис. 5 (а) Экспериментальная установка оптически управляемой длины волныперестраиваемый волоконный лазери система измерений;
(б) Выходные спектры на выходе 2 с усилением управляющего насоса
2.3 Источник белого лазерного света
Развитие источников белого света прошло различные этапы, такие как галогенная вольфрамовая лампа, дейтериевая лампа,полупроводниковый лазери источник суперконтинуума. В частности, источник суперконтинуума при возбуждении фемтосекундными или пикосекундными импульсами сверхпереходной мощности создаёт нелинейные эффекты различных порядков в волноводе, значительно расширяя спектр, который может охватывать диапазон от видимого света до ближнего инфракрасного диапазона, и обладает сильной когерентностью. Кроме того, регулируя дисперсию и нелинейность специального волокна, его спектр может быть расширен даже до среднего инфракрасного диапазона. Этот тип лазерного источника нашёл широкое применение во многих областях, таких как оптическая когерентная томография, обнаружение газа, биологическая визуализация и так далее. Из-за ограничений источника света и нелинейной среды ранний спектр суперконтинуума в основном создавался с помощью твердотельного лазера, накачивавшего оптическое стекло для получения спектра суперконтинуума в видимом диапазоне. С тех пор оптическое волокно постепенно стало превосходной средой для генерации широкополосного суперконтинуума благодаря своему большому нелинейному коэффициенту и малому полю моды пропускания. К основным нелинейным эффектам относятся четырёхволновое смешение, модуляционная неустойчивость, фазовая автомодуляция, перекрёстная фазовая модуляция, расщепление солитона, комбинационное рассеяние, самосдвиг частоты солитона и т. д., причём доля каждого эффекта также различается в зависимости от длительности возбуждающего импульса и дисперсии волокна. В целом, в настоящее время источники суперконтинуума направлены в основном на повышение мощности лазера и расширение спектрального диапазона, уделяя особое внимание контролю его когерентности.
3. Резюме
В данной статье обобщены и рассмотрены лазерные источники, используемые для поддержки технологии волоконного зондирования, включая узкополосный лазер, одночастотный перестраиваемый лазер и широкополосный белый лазер. Подробно описаны требования к применению и состояние разработки этих лазеров в области волоконного зондирования. Анализируя требования к ним и состояние разработки, сделан вывод о том, что идеальный лазерный источник для волоконного зондирования может обеспечить сверхузкую и сверхстабильную выходную мощность в любом диапазоне и в любое время. Поэтому мы начнем с узкополосного лазера, узкополосного перестраиваемого лазера и белого лазера с широкой полосой усиления, и, проанализировав их развитие, найдем эффективный способ создания идеального лазерного источника для волоконного зондирования.
Время публикации: 21 ноября 2023 г.