Технология лазерных источников для волоконно-оптических датчиков. Часть вторая.
2.2 Сканирование на одной длине волнылазерный источник
Реализация лазерной развертки на одной длине волны по сути сводится к управлению физическими свойствами устройства.лазерРезонатор (обычно центральная длина волны рабочей полосы пропускания) позволяет контролировать и выбирать колеблющуюся продольную моду в резонаторе, что дает возможность настраивать выходную длину волны. На основе этого принципа еще в 1980-х годах создание перестраиваемых волоконных лазеров в основном достигалось заменой отражающего торца лазера на отражающую дифракционную решетку и выбором моды лазерного резонатора путем ручного вращения и настройки дифракционной решетки. В 2011 году Чжу и др. использовали перестраиваемые фильтры для получения одноволнового перестраиваемого лазерного излучения с узкой шириной линии. В 2016 году для двухволнового сжатия был применен механизм сжатия ширины линии Рэлея, то есть к волоконной брэгговской решетке (FBG) прикладывалось напряжение для достижения двухволновой настройки лазера, при этом одновременно контролировалась ширина линии выходного лазерного излучения, что позволило получить диапазон настройки длины волны 3 нм и двухволновое стабильное излучение с шириной линии приблизительно 700 Гц. В 2017 году Чжу и др. использовали графен и микро-нановолоконную брэгговскую решетку для создания полностью оптического перестраиваемого фильтра, а в сочетании с технологией сужения бриллюэновского лазера применили фототермический эффект графена вблизи 1550 нм для достижения ширины линии лазера всего 750 Гц и фотоуправляемого быстрого и точного сканирования 700 МГц/мс в диапазоне длин волн 3,67 нм. Как показано на рисунке 5, описанный выше метод управления длиной волны в основном реализует выбор лазерной моды путем прямого или косвенного изменения центральной длины волны полосы пропускания устройства в лазерном резонаторе.
Рис. 5 (а) Экспериментальная установка для оптического управления длиной волны.перестраиваемый волоконный лазери измерительной системы;
(b) Спектры выходного сигнала на выходе 2 при усилении управляющего насоса
2.3 Источник белого лазерного света
Развитие источников белого света прошло несколько этапов, таких как галогенные и вольфрамовые лампы, дейтериевые лампы и т.д.полупроводниковый лазери источник суперконтинуумного излучения. В частности, источник суперконтинуумного излучения, возбуждаемый фемтосекундными или пикосекундными импульсами со сверхвысокой переходной мощностью, создает нелинейные эффекты различных порядков в волноводе, значительно расширяя спектр и охватывая диапазон от видимого света до ближнего инфракрасного излучения, а также обладая высокой когерентностью. Кроме того, путем регулирования дисперсии и нелинейности специального волокна его спектр может быть расширен даже до среднеинфракрасного диапазона. Этот тип лазерного источника широко применяется во многих областях, таких как оптическая когерентная томография, обнаружение газов, биологическая визуализация и так далее. Из-за ограничений источника света и нелинейной среды, ранний суперконтинуумный спектр в основном создавался путем накачки оптического стекла твердотельным лазером для получения суперконтинуумного спектра в видимом диапазоне. С тех пор оптическое волокно постепенно стало превосходной средой для генерации широкополосного суперконтинуума благодаря своему большому нелинейному коэффициенту и малому полю пропускания моды. К основным нелинейным эффектам относятся четырехволновое смешение, модуляционная неустойчивость, самофазовая модуляция, кросс-фазовая модуляция, расщепление солитонов, рамановское рассеяние, самосдвиг частоты солитонов и т. д., причем доля каждого эффекта также различна в зависимости от длительности возбуждающего импульса и дисперсии волокна. В целом, в настоящее время в разработке источников суперконтинуумного излучения основное внимание уделяется повышению мощности лазера и расширению спектрального диапазона, а также контролю когерентности.
3. Краткое содержание
В данной статье обобщены и рассмотрены лазерные источники, используемые для поддержки технологии волоконно-оптического зондирования, включая лазеры с узкой шириной линии излучения, перестраиваемые лазеры с одной частотой и широкополосные белые лазеры. Подробно представлены требования к применению и состояние разработки этих лазеров в области волоконно-оптического зондирования. На основе анализа требований и состояния разработки делается вывод, что идеальный лазерный источник для волоконно-оптического зондирования должен обеспечивать сверхузкое и сверхстабильное лазерное излучение в любом диапазоне и в любое время. Поэтому мы начинаем с лазеров с узкой шириной линии излучения, перестраиваемых лазеров с узкой шириной линии излучения и белых лазеров с широкой полосой пропускания усиления и, анализируя их разработку, находим эффективный способ реализации идеального лазерного источника для волоконно-оптического зондирования.
Дата публикации: 21 ноября 2023 г.