לאַזער מקור טעכנאָלאָגיע פֿאַר אָפּטיש פיברע סענסינג טייל איינס

לאַזער מקור טעכנאָלאָגיע פֿאַראָפּטישע פֿאַזערסענסינג טייל איינס

אָפּטישע פֿאַזער סענסינג טעכנאָלאָגיע איז אַ סאָרט סענסינג טעכנאָלאָגיע דעוועלאָפּעד צוזאַמען מיט אָפּטישע פֿאַזער טעכנאָלאָגיע און אָפּטישע פֿאַזער קאָמוניקאַציע טעכנאָלאָגיע, און עס איז געוואָרן איינער פֿון די מערסט אַקטיווע צווייגן פֿון פֿאָטאָעלעקטרישער טעכנאָלאָגיע. אַן אָפּטיש פֿאַזער סענסינג סיסטעם איז דער הויפּט צוזאַמענגעשטעלט פֿון לאַזער, טראַנסמיסיע פֿאַזער, סענסינג עלעמענט אָדער מאָדולאַציע געגנט, ליכט דעטעקציע און אַנדערע טיילן. די פּאַראַמעטערס וואָס באַשרײַבן די קעראַקטעריסטיקס פֿון ליכט כוואַליעס אַרייַננעמען אינטענסיטעט, כוואַליע, פֿאַזע, פּאָלאַריזאַציע צושטאַנד, אאַז"וו. די פּאַראַמעטערס קענען ווערן געביטן דורך עקסטערנע השפּעות אין אָפּטישער פֿאַזער טראַנסמיסיע. למשל, ווען טעמפּעראַטור, שפּאַנונג, דרוק, קראַנט, דיספּלייסמאַנט, ווייבריישאַן, ראָטאַציע, בייגן און כעמישע קוואַנטיטעט ווירקן אויף דעם אָפּטישן דרך, טוישן זיך די פּאַראַמעטערס אַקאָרדינגלי. אָפּטיש פֿאַזער סענסינג איז באַזירט אויף דער באַציִונג צווישן די פּאַראַמעטערס און עקסטערנע פֿאַקטאָרן צו דעטעקטירן די קאָרעספּאָנדירנדיקע פֿיזישע קוואַנטיטעטן.

עס זענען דא אסאך טיפן פוןלאַזער מקורגעניצט אין אָפּטישע פיברע סענסינג סיסטעמען, וואָס קענען זיין צעטיילט אין צוויי קאַטעגאָריעס: קאָוכיראַנטלאַזער קוועלעראון נישט-קאָוכירענטע ליכט-קוואַלן, נישט-קאָוכירענטעליכט קוועלערדער עיקר אַרייַננעמען גלייכנדיק ליכט און ליכט-עמיטינג דיאָדעס, און קאָוכירענט ליכט קוואלן אַרייַננעמען האַרט לייזערס, פליסיק לייזערס, גאַז לייזערס,האַלב-קאָנדוקטאָר לאַזעראוןפיבער לאַזערדאָס פֿאָלגנדיקע איז הויפּטזעכלעך פֿאַר דילאַזער ליכט מקורוויידלי געניצט אין די פעלד פון פיברע סענסינג אין די לעצטע יאָרן: שמאָל ליניע ברייט איין-פרעקווענץ לאַזער, איין-כוואַליע לענג סוויפּ פרעקווענץ לאַזער און ווייַס לאַזער.

1.1 באדערפענישן פֿאַר שמאָלע ליניע ברייטלאַזער ליכט קוועלער

אפטישע פיברע סענסינג סיסטעם קען נישט אפגעטיילט ווערן פון דער לייזער מקור, ווייל די געמאסטענע סיגנאל טרעגער ליכט כוואַליע, די לייזער ליכט מקור פאָרשטעלונג, אַזאַ ווי מאַכט פעסטקייט, לייזער ליניע ברייט, פאַזע ראַש און אנדערע פּאַראַמעטערס אויף די אפטישע פיברע סענסינג סיסטעם דעטעקציע דיסטאַנסע, דעטעקציע אַקיעראַסי, סענסיטיוויטי און ראַש קעראַקטעריסטיקס שפּילן אַ באַשטימענדיק ראָלע. אין די לעצטע יאָרן, מיט דער אַנטוויקלונג פון לאַנג-דיסטאַנסע אַלטראַ-הויך רעזאָלוציע אפטישע פיברע סענסינג סיסטעמען, האָבן אַקאַדעמיאַ און אינדוסטריע געשטעלט מער שטרענגע רעקווירעמענץ פֿאַר די ליניע ברייט פאָרשטעלונג פון לייזער מיניאַטוריזאַציע, דער הויפּט אין: אפטישע אָפטקייַט דאָומיין רעפלעקציע (OFDR) טעכנאָלאָגיע ניצט קאָוכירענט דעטעקציע טעכנאָלאָגיע צו אַנאַליזירן די בעקרייליי צעוואָרפן סיגנאַלן פון אפטישע פיברע אין די אָפטקייַט דאָומיין, מיט אַ ברייט קאַווערידזש (טויזנטער מעטער). די אַדוואַנטאַגעס פון הויך רעזאָלוציע (מילימעטער-לעוועל רעזאָלוציע) און הויך סענסיטיוויטי (ביז -100 dBm) זענען געוואָרן איינער פון די טעקנאַלאַדזשיז מיט ברייט אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס אין פאַרשפּרייט אפטישע פיברע מעזשערמאַנט און סענסינג טעכנאָלאָגיע. דער קערן פון OFDR טעכנאָלאָגיע איז צו נוצן טונאַבאַל ליכט מקור צו דערגרייכן אפטישע אָפטקייַט טונינג, אַזוי די פאָרשטעלונג פון די לייזער מקור באַשטימט די שליסל סיבות אַזאַ ווי OFDR דעטעקציע קייט, סענסיטיוויטי און רעזאָלוציע. ווען די אָפּשפּיגלונג פּונקט דיסטאַנץ איז נאָענט צו דער קאָהערענץ לענג, וועט די אינטענסיטעט פון דעם ביט סיגנאַל עקספּאָנענציעל פֿאַרשוואַכט ווערן דורך דעם קאָעפֿיציענט τ/τc. פֿאַר אַ גאַוסיאַן ליכט מקור מיט אַ ספּעקטראַל פאָרעם, כּדי צו זיכער מאַכן אַז די ביט אָפטקייט האט מער ווי 90% זעיקייט, איז די באַציִונג צווישן די ליניע ברייט פון דער ליכט מקור און די מאַקסימום סענסינג לענג וואָס די סיסטעם קען דערגרייכן Lmax~0.04vg/f, וואָס מיינט אַז פֿאַר אַ פֿאַזער מיט אַ לענג פון 80 קילאָמעטער, איז די ליניע ברייט פון דער ליכט מקור ווייניקער ווי 100 הז. אין דערצו, די אַנטוויקלונג פון אַנדערע אַפּלאַקיישאַנז שטעלט אויך פאָרויס העכערע רעקווירעמענץ פֿאַר די ליניע ברייט פון דער ליכט מקור. למשל, אין דער אָפּטישער פֿאַזער הידראָפאָן סיסטעם, באַשטימט די ליניע ברייט פון דער ליכט מקור דעם סיסטעם ראַש און אויך באַשטימט דעם מינימום מעסטבאַרן סיגנאַל פון דער סיסטעם. אין ברילאָואַן אָפּטיש צייט דאָמעין רעפֿלעקטאָר (BOTDR), ווערט די מעסטונג רעזאָלוציע פון ​​טעמפּעראַטור און דרוק הויפּטזעכלעך באַשטימט דורך די ליניע ברייט פון דער ליכט מקור. אין אַ רעזאָנאַטאָר פייבער אָפּטישער דזשייראָ, קען די קאָהערענץ לענג פון דער ליכט כוואַליע ווערן געוואקסן דורך רעדוצירן די ליניע ברייט פון דער ליכט מקור, דערמיט פֿאַרבעסערן די פיינקייט און רעזאָנאַנס טיפקייט פון רעזאָנאַטאָר, רעדוצירן די ליניע ברייט פון רעזאָנאַטאָר, און ענשור די מעסטונג אַקיעראַסי פון די פייבער אָפּטישער דזשייראָ.

1.2 באדערפענישן פֿאַר סוויפּ לאַזער קוואלן

איין-וועלווענג סוויפּ לאַזער האט פלעקסאַבאַל וועלווענג טונינג פאָרשטעלונג, קען פאַרבייַטן קייפל אַוטפּוט פאַרפעסטיקט וועלווענג לאַזערס, רעדוצירן די קאָסטן פון סיסטעם קאַנסטראַקשאַן, איז אַן ינדיספּענסאַבאַל טייל פון אָפּטיש פיברע סענסינג סיסטעם. למשל, אין שפּור גאַז פיברע סענסינג, פאַרשידענע מינים פון גאַזן האָבן פאַרשידענע גאַז אַבזאָרפּשאַן פּיקס. כּדי צו ענשור די ליכט אַבזאָרפּשאַן עפעקטיווקייַט ווען די מעסטונג גאַז איז גענוג און דערגרייכן העכער מעסטונג סענסיטיוויטי, איז עס נייטיק צו ייַנרייען די וועלווענג פון די טראַנסמיסיע ליכט מקור מיט די אַבזאָרפּשאַן שפּיץ פון די גאַז מאָלעקול. דער טיפּ פון גאַז וואָס קענען זיין דעטעקטעד איז אין עסאַנס באַשטימט דורך די וועלווענג פון די סענסינג ליכט מקור. דעריבער, שמאָל ליניעווידט לאַזערס מיט סטאַביל ברייטבאַנד טונינג פאָרשטעלונג האָבן העכער מעסטונג פלעקסאַביליטי אין אַזאַ סענסינג סיסטעמען. למשל, אין עטלעכע פאַרשפּרייט אָפּטיש פיברע סענסינג סיסטעמען באזירט אויף אָפּטיש אָפטקייַט דאָומיין רעפלעקשאַן, די לאַזער דאַרף צו זיין ראַפּאַדלי סוויפּט צו דערגרייכן הויך-פּינטלעכקייט קאָוכיראַנט דעטעקשאַן און דעמאָדולאַטיאָן פון אָפּטיש סיגנאַלז, אַזוי די מאָדולאַטיאָן קורס פון די לאַזער מקור האט לעפיערעך הויך באדערפענישן, און די סוויפּ גיכקייַט פון די אַדזשאַסטאַבאַל לאַזער איז יוזשאַוואַלי פארלאנגט צו דערגרייכן 10 pm/μs. דערצו, קען דער כוואַליע-לענג טונאַבאַל שמאָל ליניע-ברייט לאַזער אויך ווערן ברייט גענוצט אין לידאַר, לאַזער ווייטער-דעטעקטיוו און הויך-רעזאָלוציע ספּעקטראַל אַנאַליז און אַנדערע דעטעקטיוו פעלדער. כּדי צו טרעפן די באדערפענישן פון הויך-פאָרשטעלונג פּאַראַמעטערס פון טונינג באַנדווידט, טונינג אַקיעראַסי און טונינג גיכקייט פון איין-כוואַליע-לענג לאַזערס אין דעם פעלד פון פיברע דעטעקטיוו, איז די אַלגעמיינע ציל פון שטודירן טונאַבאַל שמאָל-ברייט פיברע לאַזערס אין די לעצטע יאָרן צו דערגרייכן הויך-פּינטלעכקייט טונינג אין אַ גרעסערע כוואַליע-לענג קייט אויף דער באַזע פון ​​נאָכגיין זייער אַלטראַ-שמאָל לאַזער ליניע-ברייט, אַלטראַ-נידעריק פאַסע ראַש, און אַלטראַ-סטאַביל אַוטפּוט אָפטקייט און מאַכט.

1.3 פאָדערונג פֿאַר ווײַסע לאַזער ליכט מקור

אין דעם פעלד פון אפטישע סענסינג, איז הויך-קוואַליטעט ווייסע ליכט לאַזער פון גרויס וויכטיקייט צו פֿאַרבעסערן די פאָרשטעלונג פון דער סיסטעם. ווי ברייטער די ספּעקטרום קאַווערידזש פון ווייסע ליכט לאַזער, אַלץ ברייטער זיין אַפּלאַקיישאַן אין אפּטישע פיברע סענסינג סיסטעמען. למשל, ווען מען ניצט פיברע בראַגג גראַטינג (FBG) צו קאַנסטרויִרן אַ סענסאָר נעץ, קען מען ניצן ספּעקטראַל אַנאַליז אָדער טונאַבאַל פילטער מאַטשינג מעטאָד פֿאַר דעמאָדולאַציע. דער ערשטער ניצט אַ ספּעקטראָמעטער צו גלייך טעסטן יעדע FBG רעזאָנאַנט כוואַליע לענג אין דער נעץ. דער צווייטער ניצט אַ רעפערענץ פילטער צו טראַקן און קאַליברירן די FBG אין די סענסינג, ביידע פון ​​​​וואָס דאַרפן אַ ברייטבאַנד ליכט מקור ווי אַ טעסט ליכט מקור פֿאַר די FBG. ווייַל יעדער FBG אַקסעס נעץ וועט האָבן אַ זיכער ינסערשאַן אָנווער, און האט אַ באַנדברייט פון מער ווי 0.1 נם, די סיימאַלטייניאַס דעמאָדולאַציע פון ​​​​מערערע FBG ריקווייערז אַ ברייטבאַנד ליכט מקור מיט הויך מאַכט און הויך באַנדברייט. למשל, ווען מען ניצט לאנג-פעריאד פיבער גראַטינג (LPFG) פאר סענסינג, ווייל די ברייטבאנד פון אן איינציקן פארלוסט-שפיץ איז אין דער סדר-ארדענונג פון 10 נאַנאָמעטער, איז נויטיק א ברייט-ספּעקטרום ליכט-מקור מיט גענוג ברייטבאנד און א רעלאטיוו פלאכן ספּעקטרום צו גענוי כאראקטעריזירן זיינע רעזאָנאַנטע שפּיץ-אייגנשאַפטן. ספּעציעל, אַקוסטישע פיבער גראַטינג (AIFG) קאנסטרואירט דורך נוצן אַקוסטאָ-אָפּטישן עפעקט קען דערגרייכן א טונינג-ראַנג פון רעזאָנאַנטע כוואַליע-לענג ביז 1000 נאַנאָמעטער דורך מיטל פון עלעקטרישער טונינג. דעריבער, דינאַמישע גראַטינג טעסטן מיט אַזאַ אן אולטרא-ברייטער טונינג-ראַנג שטעלט א גרויסע אַרויסרופן פארן ברייטבאנד-ראַנג פון א ברייט-ספּעקטרום ליכט-מקור. ענלעך, אין די לעצטע יאָרן, איז גענייגט בראַגג פיבער גראַטינג אויך ברייט גענוצט געוואָרן אין דעם פעלד פון פיבער סענסינג. צוליב זיינע מולטי-שפּיץ פארלוסט-ספּעקטרום-אייגנשאַפטן, קען דער כוואַליע-לענג פארטיילונג-ראַנג געוויינטלעך דערגרייכן 40 נאַנאָמעטער. זיין סענסינג-מעכאַניזם איז געוויינטלעך צו פארגלייכן די רעלאַטיווע באַוועגונג צווישן קייפל טראַנסמיסיע-שפּיצן, אַזוי איז נויטיק צו מעסטן זיין טראַנסמיסיע-ספּעקטרום אינגאנצן. די ברייטבאנד און מאַכט פון דער ברייט-ספּעקטרום ליכט-מקור דאַרפן זיין העכער.

2. פאָרשונג סטאַטוס אין שטוב און אין אויסלאנד

2.1 שמאָלע ליניעווידט לאַזער ליכט מקור

2.1.1 שמאָלע ליניעווידט האַלב-קאָנדוקטאָר פאַרשפּרייטע פֿידבעק לאַזער

אין 2006, האבן קלישע און אנדערע פארקלענערט די MHz סקאלע פון ​​האַלב-קאָנדוקטאָרDFB לאַזער(פארשפרייטער צוריק-פידבעק לאזער) צו kHz סקאלע ניצנדיק עלעקטרישע צוריק-פידבעק מעטאד; אין 2011, האבן קעסלער און אנדערע גענוצט נידעריגע טעמפעראטור און הויך סטאביליטעט איינציקע קריסטאל קאוויטי קאמבינירט מיט אקטיווע צוריק-פידבעק קאנטראל צו באקומען אן אולטרא-שמאלע ליניע-ברייט לאזער אויסגאבע פון ​​40 MHz; אין 2013, האבן פענג און אנדערע באקומען א האלב-קאנדוקטאר לאזער אויסגאבע מיט א ליניע-ברייט פון 15 kHz דורך ניצן די מעטאד פון עקסטערנער פאברי-פעראט (FP) צוריק-פידבעק אדזשאסטמענט. די עלעקטרישע צוריק-פידבעק מעטאד האט הויפטזעכליך גענוצט די פאנד-דרעווער-האל פרעקווענץ סטאביליזאציע צוריק-פידבעק צו מאכן די לאזער ליניע-ברייט פון די ליכט מקור ווערן פארקלענערט. אין 2010, האבן בערנהארדי און אנדערע פראדוצירט 1 cm פון ערביום-דאפט אלומינא FBG אויף א סיליקאן אקסייד סובסטראט צו באקומען א לאזער אויסגאבע מיט א ליניע-ברייט פון בערך 1.7 kHz. אין דעם זעלבן יאר, האבן ליאנג און אנדערע... גענוצט די זעלבסט-אינדזשעקשאַן פידבעק פון צוריקוועריגע רייליי סקאַטערינג געשאפן דורך אַ הויך-Q עקאָ וואַנט רעזאָנאַטאָר פֿאַר האַלב-קאָנדוקטאָר לאַזער ליניע-ברייט קאַמפּרעשאַן, ווי געוויזן אין פיגור 1, און לעסאָף באקומען אַ שמאָל ליניע-ברייט לאַזער רעזולטאַט פון 160 הערץ.

פיג. 1 (א) דיאַגראַם פון האַלב-קאָנדוקטאָר לאַזער ליניעווידט קאַמפּרעשאַן באַזירט אויף די זיך-אינדזשעקשאַן רייליי סקאַטערינג פון פונדרויסנדיק וויספּערינג גאַלעריע מאָדע רעזאָנאַטאָר;
(ב) פרעקווענץ ספּעקטרום פון דעם פריי-לויפֿנדיקן האַלב-קאָנדוקטאָר לאַזער מיט אַ ליניע-ברייט פון 8 מעגהערץ;
(c) פרעקווענץ ספּעקטרום פון דעם לאַזער מיט ליניעברייט קאָמפּרעסט צו 160 הערץ
2.1.2 שמאָלע ליניעברייט פיבער לאַזער

פֿאַר לינעאַרע קאַוואַטי פֿאַזער לאַזערס, ווערט דער שמאָלער ליניעווידט לאַזער רעזולטאַט פֿון איין לאַנדזשאַטודאַנאַלער מאָדע באַקומען דורך פֿאַרקירצן די לענג פֿונעם רעזאָנאַטאָר און פֿאַרגרעסערן דעם לאַנדזשאַטודאַנאַלן מאָדע אינטערוואַל. אין 2004, האָבן שפּיגלבערג און אַנדערע באַקומען אַן איין לאַנדזשאַטודאַנאַלן מאָדע שמאָלער ליניעווידט לאַזער רעזולטאַט מיט אַ ליניעווידט פֿון 2 kHz דורך ניצן די DBR קורץ קאַוואַטי מעטאָדע. אין 2007, האָבן שען און אַנדערע גענוצט אַ 2 סענטימעטער שווער ערביום-דאָפּט סיליקאָן פֿאַזער צו שרייבן FBG אויף אַ Bi-Ge קאָ-דאָפּט פֿאָטאָסענסיטיוו פֿאַזער, און פֿאַרשמעלצט עס מיט אַן אַקטיוון פֿאַזער צו פֿאָרמירן אַ קאָמפּאַקטע לינעאַרע קאַוואַטי, מאַכנדיג איר לאַזער רעזולטאַט ליניע ברייט ווייניקער ווי 1 kHz. אין 2010, האָבן יאַנג און אַנדערע גענוצט אַ 2 סענטימעטער הויך דאָפּט קורץ לינעאַרע קאַוואַטי קאַמביינד מיט אַ שמאָלבאַנד FBG פֿילטער צו באַקומען אַן איין לאַנדזשאַטודאַנאַלן מאָדע לאַזער רעזולטאַט מיט אַ ליניע ברייט פֿון ווייניקער ווי 2 kHz. אין 2014, האט די מאַנשאַפֿט גענוצט אַ קורצע לינעאַרע קאַוואַטי (ווירטועל פאָולדעד רינג רעזאָנאַטאָר) קאַמביינד מיט אַ FBG-FP פילטער צו באַקומען אַ לאַזער רעזולטאַט מיט אַ שמאָלער ליניע ברייט, ווי געוויזן אין פיגור 3. אין 2012, האבן קאַי און אַנדערע גענוצט אַ 1.4 סענטימעטער קורצע קאַוואַטי סטרוקטור צו באַקומען אַ פּאָלאַריזירנדיק לאַזער רעזולטאַט מיט אַן רעזולטאַט מאַכט גרעסער ווי 114 mW, אַ צענטראַלע כוואַליע לענג פון 1540.3 נם, און אַ ליניע ברייט פון 4.1 kHz. אין 2013, האבן מענג און אַנדערע גענוצט ברילאָוין סקאַטערינג פון ערביום-דאָפּט פיברע מיט אַ קורצע רינג קאַוואַטי פון אַ פול-בייס פּרעזערווינג מיטל צו באַקומען אַ איין-לאָנגיטודינאַל מאָדע, נידעריק-פאַסע ראַש לאַזער רעזולטאַט מיט אַן רעזולטאַט מאַכט פון 10 mW. אין 2015, האט די מאַנשאַפֿט גענוצט אַ רינג קאַוואַטי צוזאַמענגעשטעלט פון 45 סענטימעטער ערביום-דאָפּט פיברע ווי די ברילאָוין סקאַטערינג געווינס מעדיום צו באַקומען אַ נידעריק שוועל און שמאָל ליניע ברייט לאַזער רעזולטאַט.

פיג. 2 (א) סכעמאטישע צייכענונג פון די SLC פיבער לייזער;
(ב) ליניע-פאָרעם פון דעם העטעראָדיין סיגנאַל געמאָסטן מיט 97.6 קילאָמעטער פיבער-פאַרהאַלטונג